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基于欧姆龙PLC温度控制系统设计


基于欧姆龙 PLC 温度控制系统设计
一、设计目的和要求
(一)目的 设计锅炉温度电加热控制系统,温度设定在 30—60℃可调,超调? ?1℃, 稳态误差? ?0.5℃,用组态软件实现温度曲线监控。通过本次设计,掌握过程控 制工程设计技术。 (二)要求 1、综合运用计算机、PLC、单片机、智能仪表、温度传感器等组成控制系 统对模拟工业对象的电加热锅炉进行控制。

2、掌握温度对象数学模型测试技术。 3、掌握 PID、PWM 算法程序设计技术。 4、掌握控制参数整定技术。 5、掌握组态软件监控设计技术。 6、提高要求: 设计程序控温算法程序, 实现锅炉温度升温—保温曲线控制。

二、设计内容及步骤
1、 设计温度检测和变送电路,包括热电阻、热电偶安装设计。 2、 设计电加热主回路,包括防干烧联锁、导线线径计算、空开、继电器、 接触器选用等。 3、 设计力控组态软件程序,实现温度曲线监控。 4、 设计 PLC 控制程序。 5、 测试温度对象的数学模型,写出传递函数。 6、 认真学习欧姆龙 PLC 的 PID 控制算法,针对自己的控制对象,选择合适 的 PID 控制规律,整定 PID 参数。主要包括:控制周期、P、I、D 参数。 7、 在力控组态软件中用脚本语言自主编写位置式 PID、PWM 算法程序进行 温度控制。 8、 撰写设计说明书,主要包含: 系统设计思想 控制系统电气设计 系统运行监控曲线和技术数据(温控曲线、调节时间、超调量、稳态误 差) 程序清单和说明 PID/PWM 控制参数设置 画出 PLC 硬件配置图或单片机电路图、 程序流程图、 实验台安装图 (含 锅炉和传感器) 、管道仪表流程图、控制回路接线图等。

三、设计方案论证 (一)主要设备
CQM1H 定阀门开度 温度传感器 智能仪表 AI808 接触器 继电器 加热丝 继电器 手动给

(二)设计思路
确立锅炉温度为被控变量;热电阻配合 AI818 仪表作为温度采集及变送装 置;欧姆龙 CQM1H PLC 为调节器;“继电器+接触器+加热丝”作为执行器。由于 被控变量为模拟量, 而执行器要接收的信号为开关量,这就要求我们控制算法不 能只是单一的 PID 调节,还需要加入 PWM 脉宽调制运算,之后方可输出。

(三)硬件滤波电路的设计

(四)变送电路
补偿导线型号:KX—GA—VVRP—(正极:多股软线心,负极:多股软线 心) 变送原理: 热电阻将检测出的温度信号转换为热电势信号传送给 AI818 温度 变送器,AI818 将此信号变送为 4-20mA 的电流信号传送给 omron CQM1H 的模 拟量单元 AD041。

(五)电加热主回路的设计
加热主回路:加热丝的功率 1.5kw,主回路的额定电流 I=1500/220=6.82A, 安全电流的选择为额定电流的的 1.2 倍,I’=1.2*I=8.18,BVV2*1 铜芯聚氯乙烯 绝缘聚氯乙烯护套两芯导线,每芯截面积为 1 平方毫米。 主回路:加热丝功率+PLC+开关电源+继电器线圈+接触器线圈+温度变送器+信 号 指 示 灯 =1500+30+108+65+1.2*3+4.6+4.4*3=1724.4W, 通 过 电 流 约 为 1724/(0.9*220)=8.71A。 选择电源线的额定电流为:8.71*1.2=10.45。 电源线选用:BVV2*1.5(截流量 14A*0.8=11.2A) 。 空开选择:DZ47LE — C16(额定不动作电流为 16A) 。 接触器选择:安全电流 I’’=1.5*6.82=10.2A,所以选择额定电流为 10A 的交流接触 器 CJ20-10。

(六)数学模型测试
1、温度开环控制: (1)每次开环实验的条件应大致相同,加热锅炉内液位为高度为 8 格。 (2)起始温度约 20℃加热至 50 60℃左右时停止加热,等待温度稳定后截 图。 (3)使用六组不同的的开度进行加热。

(4)用六组控制数据进行计算,计算 Ti 与τ ,进而,可得数学模型。 2、建模程序

3、力控脚本程序

4、脚本监控图形

5、测得的数学模型 1 G (s) ? e - 70.6s 30.05s 6、验证数学模型

(七)控制系统程序流程图
上电初始 化
初始化寄 存器

检测PN结温度

等待捕捉中断

设置上升沿捕捉

延迟30分钟到否
清零定时器1

否 延迟20s 检测K型热电偶温 度
设置下降沿捕捉

等待捕捉中断

PID控温
取走计数值

通讯输出

清零定时器1

主程序流程图

AD转换结果读取流程图

初始化PID 参数

从发送数据区取走 数据

计算偏差

是否在死区

计算比例部分

计算积分部分

计算微分部分

求取调节值

更新数据区

PID流程图

(八)控制系统 CAD 图纸
AutoCAD 是由美国 Autodesk 公司开发的通用计算机辅助绘图软件包, 是当 今设计领域广泛使用的绘图工具之一。具有以下几方面的主要功能:二维绘图与 编辑、创建表格、标注文字、标注尺寸、三维绘图与编辑、视图显示控制、绘图 实用工具、数据库管理、Internet 功能、图形的输入输出、图纸管理、开放的体 系结构。 1、图纸幅面

2、绘图步骤 (1)打开 CAD 绘图窗口,建立图层,包括图层名称、线宽、颜色、线型, 如果没有需要的线型,单击 “加载”按钮,可以先加载需要的线型,建立图 中需要的所有图层。 (2) 确定表达方案,开始画图,选择要画线型的图层,一般是先画中心线, 确定基准,然后一次画完不同线型的图形,必要时用修剪等按钮来完成图 形。 (3) 剖面线的添加。首先选择剖面类型,角度,比例然后选择剖面。 (4) 尺寸标注,包括基本尺寸及基本公差,形位公差,粗糙度,剖面符号。 (5)编写技术要求。 (6)添加图框及标题栏,如果是装配图还要标注零部件序号及明细表。

“忠”字号试验台安装图

“忠”字号锅炉安装图

“忠”字号传感器安装图

“忠”字号 PLC 硬件配置图

“忠”字号控制回路接线图

“忠”字号管道流程图

“忠”字号程序流程图

四、设计体会
通过课程设计,我能使用 AutoCAD 绘制基本的电气图纸。同时,深有体会 的是对待任何事都要有认真的态度,组内的每一个成员都是不可缺少的,而每个 人的任务要保质保量的完成,一个组就是一个小团队,组内同学要互相合作,才 能完成整个控制系统的设计,培养了团队合作精神,通过讲课的方式,将每个组 在设计过程中掌握的技术,积累的经验和全班同学分享,使大家都有进步。殷老 师教给我们生存,生活,及生命的意义,是我人生的导师。


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