1、目 錄一、前 言11. 可編程序控制器的概述12FX2N系列PLC簡介23特殊功能模塊24. 調功器35. 溫度變送器3二、系統設計41系統設計要求42系統硬件設計42.1 水箱溫度自動調節系統：42.2 輸入輸出點數的分配表52.3 相關元器件的選型52.4 PLC的外部接線原理圖63系統軟件設計73.1 模擬量與數字量的對應關系73.2 系統流程圖的設計73.3 系統梯形圖83.4 系統指令表93.5 系統實時監控圖10三、總 結12四、參考文獻13五、附 錄135.1.課題介紹135.2.控制要求13第一章 前 言1.1 可編程序控制器的概述 隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發展

2、，計算機控制已經廣泛應用在所有的工業領域。現代社會要求制造業對市場這一需求迅速做出反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品。可編程控制器就是順應這一需要出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業控制裝置。編程控制器不僅可以按事先編好的程序進行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器接觸器控制系統。國際電工委員會（IEC）于 1982年11月和 1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器（PLC）是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執

3、行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。可編程序控制器（PLC）主要由CPU模塊、輸出模塊和編程器組成。PLC的特殊功能模塊能完成某些特殊的任務。從使用方式PLC分為： 1）整體式PLC（又稱單元式或箱體式）整體式PLC是將電源、CPU、I0部件都集中裝在一個機箱內。一般小型PLC采用這種結構；2）模塊式PLC，將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式

4、結構3）PLC將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式PLC。2.2 FX2N系列PLC簡介 本次設計中，我們將采用FX2n系列PLC,FX系列PLC為單元型，內含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。 Q4AR系列為雙機熱備系列，最大輸入輸出點數為8192點。 A系列PLC的最大輸入輸出點數為2048點。 F系列程控器的最大輸入輸出點數為256點。三菱小型 FX 2（N）系列程控器的輸入輸出點最大不超過256點。每臺主機可連模入、模出、高速記數、定位等特殊功能模塊，不超過8個。 FX系列在日本三菱的姬路制作所生產。三菱姬路制作所累計已生產超過三百萬臺 FX系列 PLC。目前FX系列PLC為中國內地

5、銷量最多的小型PLC。2.3 特殊功能模塊 在工業控制中，某些輸入量（例如壓力、溫度、流量、轉速等）是連續變化的模擬量，某些執行機構要求PLC輸出模擬信號，而PLC的CPU只能處理數字量。模擬量首先被傳感器和變送器轉換成標準的電流和電壓。其中，D/A轉換器將PLC的數字輸出量轉換成模擬電壓或電流，再去控制執行機構。模擬量I/O模塊的主要任務就是完成A/D轉換和D/A轉換。根據設計要求，本次設計選用模擬量輸入模塊FX2N-4AD，該模塊用4個12位模擬量輸入通道，輸入量程為DC-10V+10V和420MA，轉換速度為15MS/通道或6MS/通道（高速）。 2.4 調功器 調功器是應用晶閘管（又稱

6、可控硅）及其觸發控制電路用于調整負載功率的盤裝功率調整單元。在電子設備中起重要作用的晶閘管（也稱可控硅，英文縮寫SCR）被廣泛用于各類生產部門，正在成為自動化、高效化不可缺少的裝置。在最新的溫度控制中晶閘管的利用明顯的普及起來。但在國內對其有不同的叫法，如晶閘管調整器、可控硅調整器、晶閘管控制器、可控硅控制器、晶閘管調壓器、可控硅調壓器、晶閘管調功器、可控硅調功器、調壓器、調功器、晶閘管交流電力控制器、可控硅交流電力控制器 、電力調整器、電力控制器、電壓調整器、電壓控制器等。2.5 溫度變送器 溫度變送器，專應于熱電阻或熱點偶，講溫度轉換成4-20MA的電流信號。至于要不要加模塊，要看接受的控

7、制器對于輸入信號是0-10V還是4-20MA。一般現在的控制器，都直接配有相應的溫度變送器模擬量輸入模塊，如溫控器，PLC的熱電阻模擬量模塊等 溫度變送器的作用是與熱電偶或熱電阻配合，將溫度或溫差信號轉換成420毫安的統一的直流電信號，并將這些信號輸送給調節器或顯示儀表。PT100的熱電阻輸出的是電阻信號，變送器輸出的是毫安信號,溫度變送器0-100度與0-150度最大值時輸出電流均為20MA，所以當溫度同為100度時，0-100度的變送器輸出電流為20MA，而0-150度的變送器輸出電流為14-15MA左右。所以在不改變接收裝置參數的情況下它們不可以互換。第二章 系統設計2.1 系統設計要求

8、本系統的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調功器的輸出，由調功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為0100。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調功器發出控制信號，從而達到控制水箱溫度的目的2.2 系統硬件設計根據對系統設計內容的分析，確定控制系統所需要的輸入輸出點數為1/3點。選用FX系列PLC, 輸入輸出點數的分配如表2-1所示，由于系統必須對溫度信號進行采集和控制，還必須

9、使用到模擬量輸入/輸出模塊FX-4AD模塊、晶閘管跳功模塊、溫度變送器。水箱溫度自動調節系統：C（t）溫度設定值PID調節器D/A調功器單相電熱管 _溫度變送器A/D該閉環系統的組成中，刮號中的部分即用FX系列的PLC和模擬量FX-4AD模塊實現；用熱電偶檢測水箱溫度，溫度變送器將溫度轉換為標準量程的電流送給模擬量輸入模塊，經過PLC的內部處理將模擬量轉化成可識別的數字量與設定值比較處理，在將控制信號作用于控制調功器上，以此來控制水箱中電熱管的開關情況，實現對水箱溫度的閉環控制。 輸入輸出點數的分配表 表2-1 輸入和輸出點分配表功能鍵設定輔助繼電器輸出繼電器開始加熱控制 M0 Y0持續加熱控

10、制 M1 Y1停止加熱控制M2 Y2總停控制SB1(外部元件) X0(內部地址) 相關元器件的選型表2-2 元器件明細表序號元器件技術要求選 型數量1可編程控制器輸入點數24輸出點數8三菱FX2N-48MR1臺2模擬量輸入模塊標準電流420mA三菱FX2N-4AD1套3單相加熱管輸出功率1KW符合技術要求即可1支4溫度變送器量程0100，標準電流420mA符合技術要求即可1套5編程軟件包具有編輯、診斷、通訊功能FXGP_WIN-C1套6連接導線紅、黑兩種顏色若干 PLC的外部接線原理圖圖2-4 PLC的外部接線原理圖第三章 系統軟件設計3.1 模擬量與數字量的對應關系 轉化時應綜合考慮變送器的

11、輸出、出入量程和模擬量輸入模塊的量程，找出被測物理量與A/D轉換后的數據之間的關系。 根據系統要求，所要測量的溫度量程為0-100C,所對應的數據量為0-2000，由此可根據公式： 測量溫度=(100*D0/2000)C=0.05D0C其中，D0為PLC轉換出來的數字量3.2 系統流程圖的設計3.3 系統梯形圖3.4 系統指令表3.5 系統實時監控圖監控圖1監控圖2監控圖3第三章 總 結兩周的PLC課程設計對我收益匪淺，讓我系統性地認識和全面地掌握了PLC編程和調試技術，讓我將平常學的PLC編程及應用方法學以致用，使我的PLC編程能力有了很大提高和進步，讓我對PLC應用有了深入細致的了解。第一

12、周，我們尋找有關的資料和課題小組成員間一起交流看法和討論設計方案，進行設計的總體規劃，理清課程設計思路。但是將這些具體的方案落實到每一個設計環節和步驟中，難免會出現意想不到錯誤，這就需要我們在進行設計的過程中利用所掌握的知識認真排查錯誤原因，多方面的思考問題的關鍵不斷地改正自己的設計不足之處和錯誤。第二周，對硬件電路的工作原理和可編程知識的掌握是進行下一步的軟件設計的關鍵。進入了軟件設計方案和具體的編程和調試運行階段。在這個階段中，對系統的需求分析和如何采用模塊化設計思想是設計方案主要解決的問題。在這一周遇到最大的問題就是如何實現閉環方法來實現溫度控制，在沒有任何有價值的參考資料的情況下，通過

13、不斷地設計嘗試和反復地設計調試初步解決了問題。但是也存在了設計上的不足之處。需要用到模擬量的輸入/輸出模塊，而且所編程序也和課堂上老師所講完全不一樣，給我們的課題制作帶來了很大的困難。但是我們還是通過查閱資料，詢問老師按時完成了我們的課題。兩周的PLC編程及應用的課程設計，發現自己在這方面的學習還需要不斷的加深。通過這段時間的學習認識，對溫控閉環的系統有了一個整體的認識，熟悉各種器件和軟件應用。在這里，本次設計中感謝兩位指導老師對我的幫助。4、參考文獻【1】可編程序控制器的編程方法與工程應用 廖常初 重慶大學出版社【2】可編程序控制器及其應用 萬太福 重慶大學出版社【3】畢業設計指導 劉祖潤 機械工業出版社【4】新舊圖形符號對照讀本 兵器工業出版社【5】電力拖動與控制 謝桂林 中國礦業大學出版社【6】工廠常用電氣設備手冊（上、中、下） 水利電力出版社【7】電氣控制技術實驗指導書 劉星平 湖南工程學院5、附 錄5.1.課題介紹本系統的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調功器的輸出，由調功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為0100。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據給定值加