PLC恒溫水箱設(shè)計.doc

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1、1設(shè)計方案的確定1.1各控制方案的比較根據(jù)任務(wù)設(shè)計要求,恒溫水箱的水溫需要運用PID控制。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。首先

2、，PID應(yīng)用范圍廣。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。其次，PID參數(shù)較易整定。也就是PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。第三，PID控制器在實踐中也不斷的得到改進，PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個問題而產(chǎn)生的。　許多自身整定參數(shù)的PID控制器經(jīng)常工作在自動整定模式而不是連續(xù)的自身整定模式。自動整定通常是指根據(jù)開環(huán)狀態(tài)確定的簡單過程模型

3、自動計算PID參數(shù)。1.1.1純模擬電路控制傳統(tǒng)的溫度控制較多地使用純模擬電路并采用繼電器一接觸器或者雙向晶閘管進行模擬部分驅(qū)動制冷器件。純模擬電路溫度控制有很多不足之處，比如:模擬電路復(fù)雜、控制精度不高、控制參數(shù)的調(diào)整要依靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)，很難做到動態(tài)調(diào)節(jié)、系統(tǒng)操作復(fù)雜，不利于遠程控制、實時控制以及數(shù)據(jù)的實時采集等等。本27文在分析了溫度控制的特點后，建立在PID參數(shù)自整定方法的溫度控制方法，具有控制精度高、控制溫度范圍大、制冷響應(yīng)速度快等特點。1.1.2PLC控制PLC控制系統(tǒng)有以下一些特點：1.可靠性高。它采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸

4、點的半導(dǎo)體電路完成。2.應(yīng)用靈活。PLC已實現(xiàn)產(chǎn)品的系統(tǒng)化，標準化的積木硬件結(jié)構(gòu)和單元化的軟件設(shè)計，使它不僅可以適應(yīng)規(guī)模不同，功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合。3.功能強，通用性好。PLC產(chǎn)品已經(jīng)形成系列化，單元化，并配合品種齊全的控制單元供用戶選擇，還可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。4.編程簡單。采用梯形圖編程方式。它與傳統(tǒng)的繼電器接觸控制線路圖有許多相似，操作容易。5.PLC具有體積小，能耗低，質(zhì)量少。1.1.3單片機控制單片機常用的是C，匯編與Basic。就算是C，也有許多不同的開發(fā)工具(如ICCAVR，Cod

5、eVersion,IAR,GCC..)，彼此不兼容。這種百花齊放的局面，它讓我們的交流變得更加困難。綜上所述,結(jié)合各個控制方案的特點,所以選擇用PLC來進行控制。1.2PLC溫控系統(tǒng)原理由感溫元件熱電偶檢測溫度，通過溫度變送器把溫度傳送給，A/D轉(zhuǎn)換過程中，溫度變?yōu)槟M電壓輸入給PLC。PLC為控制裝置主機，通過PID運算，調(diào)整模擬量大小，完成溫度控制任務(wù)。控制中將模擬量變?yōu)槊}沖數(shù)字輸出，用數(shù)字顯示，溫度的控制由程序設(shè)定，27用PLC的PID控制功能調(diào)節(jié)。為了防止干擾，在PLC輸人、輸出模塊前、后加裝了隔離變壓器，同時加設(shè)了上限及故障報警裝置

6、。圖1PLC控制的溫控系統(tǒng)工作原理框圖2727攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計（論文）系統(tǒng)硬件設(shè)計27攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計（論文）系統(tǒng)硬件設(shè)計2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1硬件分配PLC控制的恒溫箱溫控系統(tǒng)硬件包括：1.溫度傳感器2.放大器部分3.A/D轉(zhuǎn)換部分。4.FX0N-60MR。5.執(zhí)行單元。6.LED顯示器2.2I/O電器接口圖圖2I/O電器接口圖27攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計（論文）系統(tǒng)硬件設(shè)計2.3恒溫控制的PLC控制裝置示意圖圖所示為水溫恒溫控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括控制恒溫水箱、冷卻風(fēng)扇電動機、攪拌電動機、儲水箱、加熱裝置、溫度檢測裝置、溫度顯

7、示、功率顯示、流量顯示、閥門以及有關(guān)狀態(tài)顯示等。圖3控制裝置示意圖2.4工藝過程及控制要求說明本系統(tǒng)是一個恒溫控制系統(tǒng)，要求設(shè)定的溫度在某一個數(shù)值。加熱采用電加熱，功率為1.5KW，溫度設(shè)定范圍在20~80攝氏度之間。恒溫水箱內(nèi)有一個加熱裝置、一個攪拌電動機、兩個液位檢測開關(guān)、兩個溫度傳感器。液位檢測開關(guān)為開關(guān)量傳感器，檢測水位的高低，反映無水或水溢出狀態(tài)。兩個溫度傳感器分別為測量水箱入口處的水溫和水箱中的水的溫度。儲水箱中，也裝有一個溫度傳感器。恒溫水箱中的水可以通過一個電磁閥或手動開關(guān)閥將水放到儲水箱中。儲水箱中的水可以通過一個電磁閥引入

8、到恒溫水箱中。水由一個水泵提供動力，使水在系統(tǒng)中循環(huán)。水的流速由流量計測量。恒溫水箱中的水溫，入水口的水溫，儲水箱中的水溫度、流速及加熱功率均有LED顯示。兩個27