(完整版)基于PLC和组态王的温度控制系统设计完整毕业论文

真调查研究,收集资料,并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论,相互配合,共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解,对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系;PLC与其他设备的关系,PLC之间是否通信联网;系统的工作方式及人机界面,需要显示的物理量及显示方式等。 2. 硬件选择 具体包括如下。

(1) 系统IO设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等。输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。

(2) 选择PLC。PLC选择包括对PLC的机型、容量、IO模块、电源等的选择。

(3) PLC的IO端口分配。在进行IO通道分配时应给出IO通道分配表,表中应包含IO编号、设备代号、名称及功能等。

(4) 绘制PLC外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图,包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的IO连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

(5)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 3. 编写应用程序

根据控制系统的要求,采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线,逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序,逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容:

(1)初始化程序。在PLC上电后,一般都要做一些初始化的操作,为

启动作必要的准备,避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有:对某些数据区、计数器等进行清零,对某些数据区所需数据进行恢复,对某些继电器进行置位或复位,对某些初始状态进行显示等等。

(2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立,一般在程序设计基本完成时再添加。

(3)保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分,必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

4. 程序调试

程序调试分为2个阶段,第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序模拟调试是,以方便的形式模拟产生现场实际状态,为程序的运行创造必要的环境条件。

根据产生现场信号的方式不同,模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

(1)硬件模拟法是使用一些硬件设备(如用另一台PLC或一些输入器件等)模拟产生现场的信号,并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端,其时效性较强。

(2)软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序,模拟提供现场信号,其简单易行,但时效性不易保证。模拟调试过程中,可采用分段调试的方法,并利用编程器的监控功能。

现场调试。当控制台及现场施工完毕,程序模拟调试完成后,就可以进行现场调试,如不能满足要求,须重新检查程序和接线,及时更正软硬件方面的问题。 5. 编写技术文件

技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等[10]。

3.2 PLC的选型与硬件配置

3.2.1 PLC型号的选择

本温度控制系统选择德国西门子公司的S7-200系列的PLC。S7-200 PLC属于小型整体式的PLC, 本机自带RS-485通信接口、内置电源和IO接口。它的硬件配置灵活,既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单的数字量控制系统,也可通过扩展电缆进行数字量IO模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展,构成较复杂的中等规模控制系统[10]。完整的S7-200系列PLC实物如图3-2所示。

图3-2 S7-200系列PLC实物图

3.2.2 S7-200 CPU的选择

S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等类型。此系统选用S7-200 CPU226,CPU226集成了24点输入16点输出,共有40个数字量IO。可连接7个扩展模块,最大扩展至248点数字量或35点模拟量IO。还有13KB程序和数据存储空间空间,6个独立的30KHz高速计数器,2路独立的20KHz高速脉冲输出,具有PID控制器。配有2个RS485通讯口,具有PPI,MPI和自由方式通讯能力,波特率最高为38.4 kbits,可用于较高要求的中小型控制系统[11]。 本温度控制系统由于输入输出点数不多,本可以使用CPU224以下的类型,不过为了能调用编程软件STEP 7 里的PID模块,只能采用CPU226及以上机种。

3.2.3 EM231模拟量输入模块

本温度控制系统中,传感器将检测到的温度转换成0~41mv的电压信

号,系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里,我们选用了西门子EM231 4TC模拟量输入模块。EM231热电偶模块提供一个方便的,隔离的接口,用于七种热电偶类型:J、K、E、N、S、T和R型,它也允许连接微小的模拟量信号(±80mV范围),所有连到模块上的热电偶必须是相同类型,且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。EM231模块需要用户通过DIP开关进行组态: SW1~SW3用于选择热电偶类型,SW4没有使用,SW5用于选择断线检测方向,SW6用于选择是否进行断线检测,SW7用于选择测量单位,SW8用于选择是否进行冷端补偿。本系统用的是K型热电偶,所以DIP开关SW1~SW8组态为;EM231具体技术指标见表3-1。

表3-1 EM231技术指标

型号 EM231模拟量输入模块 总体特性 外形尺寸:71.2mm×80mm×62mm 功耗:3W 输入特性 本机输入:4路模拟量输入 电源电压:标准DC 24V4mA 输入类型:0~10V,0~5V,±5V,±2.5V,0~20mA 分辨率:12 Bit 转换速度:250μS 隔离:有 耗电 DIP开关 从CPU的DC 5V (IO总线)耗电10mA SW1 0, SW2 0, SW3 1(以K型热电偶为例)

表3-2所示为如何使用DIP开关设置EM231模块,开关1、2和3可选择模拟量输入范围。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围。表中,

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