毕业设计（论文）-塑料大棚保温PLC控制.doc

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1、 毕业论文标题： 塑料大棚保温PLC控制 系 别： 电子工程系 专 业： 电子信息工程技术 学 号： 姓 名： 指导教师： 年 月 日摘 要随着高分子聚合物聚氯乙烯、聚乙烯的产生，塑料薄膜广泛应用于农业大棚，覆盖的材料为塑料薄膜，大棚原是蔬菜生产的专用设备，随着生产的发展大棚的应用越加广泛应用领域里的用途非常广泛。塑料大棚通过棚膜和墙体的红外辐射、逆辐射，减少温室大棚内部与外界的热量交换，同时密闭的环境还可以方便空气对流和减少热交换产生的热量损失。 塑料大棚保温条件要求严格，所以要实现温度的自动控制。本课题采用PLC,温度传感器，电动机来设计控制系统，本文阐述了具体的设计方案、设计过程、组成，

2、列出了具体的PLC外部接线图、控制面板、顺序功能图、控制梯形图及指令表。关键字：塑料大棚；温度控制；PLC；位置开关。目 录摘要.11绪论.31.1引言.31.2论文的研究内容和结构安排.32 PLC的相关知识.42.1 PLC简介.42.2 PLC的应用领域.72.3 FX2N的基本性能.83课程设计的内容及设计方案.93.1设计任务及要求.93.2外部电路设计与说明.93.3软件电路设计与说明.114程序设计及调试分析.134.1程序设计.134.2调试运行.14结束语.15致谢.16参考文献.17塑料大棚保温PLC控制 1 绪论 1.1引言如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛

3、。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。本课程设计主要用FX2N，FX2N系列的功能强，速度高。内置的用户存储器为8K步，可以拓展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟，PID指令用于模拟量闭环控制。塑料大棚首先是为了提高温度，延长植物生长期，扩大植物的种植范围。白天使植物光和作用旺盛，制造大量氧气，晚上植物通过呼吸作用再释放二氧化碳。促进白天的光合作用。这次课程设计主要是通过温度传感器的感应来控制关窗和开窗的电动机进而来控制开窗和关窗。通过开窗和关窗实现大棚内的温

4、度维持在1825。 1.2论文的研究内容和结构安排本次设计主要是熟悉PLC的原理，外部接线，利用梯形图编程，以及调试。通过实验室的仿真进一步了解实际过程控制。塑料大棚的保温是一个实际的应用，大棚内需要使温度维持在1825，低于18，关窗保温，高于25，开窗通风。在大棚的前后有两扇窗，有两台电机分别控制开关窗。结构安排：阐明研究内容，控制对象；简述PLC的的相关知识；PLC外部电路设计；软件设计；调试； 参考文献。 2 PLC的相关知识 2.1 PLC简介 2.1.1 PLC的发展历程在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，

5、及大量离散量的数据采集等。传统上www.MMS，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工

6、委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期搜企网，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域

7、处于统治地位的DCS系统。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。 2.1.2 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。2.1.3 PLC的各组成元素的构成及功能：(1) CPU的构成及功能CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运

8、算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号http:/，去指挥有关的控制电路。对使用者来说，不必详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指

9、令，但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 (2) I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。开关量是指只有开和

10、关（或1和0）两种状态的信号ZAOCHE版权所有，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述I/O通用外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。(3) 内存内存主要用于存储程序及数据

11、，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。(4) 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。(5) 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系工业自动化网，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。(6) PLC系统的其它设备编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护

12、不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。某些PLC也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。(7) PLC的特点编程方法简单易学硬件配备齐全，用户使用方便通用性和适应性强可靠性高，抗干扰能力强系统的设计安装调试工作量少 2.2 PLC的

13、应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。a.开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。b.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转

14、换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。c.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。d.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许

15、多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。e.数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。f.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算

16、机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 2.3 FX2N的基本性能 表2.1 FX2N的基本性能项目性能规格运算输出控制方式对存储的程序反复扫描运算，有中断指令输入输出控制方式批处理方式（在执行END指令时）输入输出指令、脉冲捕捉功能编程语言逻辑梯形图和指令表，可以用步进梯形指令来生成顺序控制程序运算处理速度基本指令0.08微秒/指令，应用指令1.52数百微秒/指令程序容量内置存储器容量内置8000步RAM加锂电池存储器盒RAM,EPROM或EEPROM,最大16000步指令数基本、

17、步进指令顺控指令27条，步进梯形指令2条应用指令132种，309个I/O设置与用户选择有关，最多256点辅助继电器可设为备用电池保持M0M499,500点备用电池保持，可设为不保持M500M1023,524点备用电池保持，不可更改M10243071,2048点特殊辅助继电器M80003074,256点定时器100msT0T199,200点10msT200T245,46点1ms累计型，备用电池保持T246T249,4点100ms累计型，备用电池保持T250T255,6点跳步指针跳步或子程序调用P0P127,128点输入中断、定时器中断I0I8,9点计数器中断I010I016,6点常数十进制16位

18、：32768+32767 3 课程内容及设计方案 3.1 设计任务及要求 3.1.1 设计任务：设计塑料大棚保温PLC控制系统设计 3.1.2 设计要求：（1）设计系统的PLC外部接线图。（2）系统的操作面板。（3）设计好顺序功能图。（4）系统的T形图。 3.2 外部电路设计与说明（1）塑料大棚保温PLC控制系统的外部接线图如图3.2，各部分原件所表示的含义如图表3.1。首先按下X0控制系统启动，开始工作，再按下X2表示系统的温度低于18，温度传感器接到信号开始作用进而将信息传送给PLC，PLC控制电动机M1正转，当电动机关窗到位时，会触碰到位置开关X4SQ2，发出关窗信号至PLC,然后系统又

19、进入检测状态。等到温度过25时即按下开关X3, 温度传感器接到信号开始作用进而将信息传送给PLC，PLC控制电动机M1反转，当电动机开窗到位时，会碰到限位开关X5,发出开窗信号至PLC,之后系统再一次进入检测状态。表3.1 符号功能表符号功能符号功能XO启动按钮（输入）X4关窗到位的限位开关（输入）X1停止按钮（输入）X5开窗到位的限位开关（输入）X2低于18时温度传感器的常开开关（输入）Y0电动机M1正转（输出）X3高于25时温度传感器的常开开关（输入）Y1电动机M1反转（输出） PLC的工作原理，PLC有两种工作模式，即运行模式和停止模式。PLC的扫描过程包栝五个阶段：内部处理，通信服务，

20、输入处理，程序执行，输出处理。通过图3.2的外部接线图可以清楚的看出输入的开关量，通过调节输入开关量的状态观察输出量的变化来实现模拟现场的作用。 图3.2外部接线图 图3. 3 操作面板示意 3.3 软件的设计与说明 （1）塑料大棚保温控制系统的顺序功能图3.3.1所示。一个工作周期由初始、检测等待、室温低于18、关窗到位、室温高于25、开窗到位6步组成，它们与M0M5相对应。MMMM图3.3.1 顺序功能图（2）设初始状态下系统的温度在1825之间，两个限位开关为0状态，当按下起动按钮X0系统开始检测控制，当温度低于18即条件X2满足时转换到M2步，同时Y0为1状态，当关窗到位时，Y0指示灯

21、灭，同时置位X4,当温度高于25时的过程实现是相同的，这里就不做介绍。图3.3.2是用一转换为中心的编程方法设计的图3.3.1对应的梯形图。要实现每一条件的对应转换，要同时满足两个条件，即该转换的前级步是活动步和转换条件满足。第一次进入初始步的转换条件是M8002，在M8002的常开触点接通的一个扫描周期，初始步M0被置位，按下起动按钮X0后，梯形图的第二行M0和X0的常开触点均接通，转换条件X0的后续步对应的辅助继电器M1被置位，同时前级步对应的辅助继电器M0被复位。 图3.3.2 梯形图（3）图3.3.2是用一转换为中心的编程方法设计的图3.3.1对应的梯形图。要实现每一条件的对应转换，要

22、同时满足两个条件，即该转换的前级步是活动步和转换条件满足。第一次进入初始步的转换条件是（M8002），在M8002的常开触点接通的一个扫描周期，初始步M0被置位，按下起动按钮X0后，梯形图的第二行M0和X0的常开触点均接通，转换条件X0的后续步对应的辅助继电器M1被置位，同时前级步对应的辅助继电器M0被复位。M1变为1状态同时X2的常开触点接通时，转换条件X2的后续步对应的辅助继电器M2被置位，同时前级步对应的辅助继电器M1被复位。系统的转换就是按照这个规则进行。但是使用以转换为中心的编程方法时，不能输出继电器的线圈与SET，RST指令并联。这是因为前级步和转换条件对应的串联电路接通后，前级步

23、马上被复位。在下一个扫描周期执行该电路块时，该串联电路断开，它接通的时间仅有一个扫描周期。而输出继电器的线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通，所以根据顺序功能图的要求，用代表步的辅助继电器的常开触点或它们的并联电路来驱动输出继电器的线圈。 4程序设计及调试分析4.1程序的设计 LD M8002 RST M1ZRST MO M5 LD M4ZRST Y0 Y1 AND X5SET M0 SET M5LD M0 RST M4AND X0 LD M3SET M1 OR M5RST M0 SET M1LD M1 LD X1AND X2 ORBSET M2 SET MORST M1 RST M3L

24、D M2 RST M5AND X4 LD M4SET M3 ANI X4RST M2 OUT Y0LD M1 LD M2AND X3 ANI X5SET M4 OUT Y1 END FX系列的PLC共有27条指令，仅用基本逻辑指令就可以编制出开关量控制系统的用户程序。塑料大棚保温控制系统也是开关量系统，所以用基本的逻辑指令就能完成控制系统的编程。程序如上表所示，由表可知该程序主要用了LD，OUT，AND，OR，SET，RST指令。LD：常开触点与母线连接的指令。触点指令可以用于X，Y，M，T，C和S。OUT：驱动线圈的输出指令。OUT指令可以用于Y，M，T，C，S这些原件，但不能用于输入继电器

25、。OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈的并联。定时器和计数器的OUT指令之后可以用常数K做设定值，常数也占一个步序。AND：常开触点串联指令，单个常开触点与左边的电路串联时,使用AND指令，串联的个数没有限制。OR：常开触点的并联连接指令，用于单个常开触点与前面电路的并联，并联的触点左端接到LD点上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连。SET：置位指令，使操作保持的指令。可以用于Y，M和S。RST：复位指令，使操作保持复位的指令。可用于Y，M，S，T，C，D，V和Z。对于同一编程元件，可以多次使用SET和RST指令。SET，RST指令的功能和数字电路中的RS触发器的功能相似，在同一编程元

26、件的SET指令和RST指令的中间，可以插入别的程序。如果它们之间没有别的程序，其中最后一条指令有效。在任何情况下，RST指令都优先执行。4.2调试运行4.2.1调试步骤1）按照前面所示的外部接线图接线、核对地址。逐点进行，确保正确无误。 2）检查模拟量输入输出。检查输入输出模块是否正确，工作是否正常。必要时，用标准仪器检查输入输出的精度。 3）检查与测试指示灯。对控制面板上对应的指示灯进行检查如有指示灯，一方面，查看灯坏了没有，另一方面检查逻辑关系是否正确。指示灯是反映系统工作的一面镜子，先调好它，将对进一步调试提供方便。 4）在相应的软件环境下编入程序，然后再转换为指令表，再把程序写入PLC

27、中，把PLC打到运行状态，开启软件监控。 5）手动按钮来实施模拟现场，观察运行结果是否与要求相符合。 4.2.2调试结果通过上述的调试步骤后，得出调试结果。 结束语： PLC课程设计终于顺利完成了,其中包含着快乐,也有辛酸。我们选的设计是“塑料大棚保温PLC控制系统”，大家听了这个题目觉得比较简单，其实不然，做了之后，发现程序设计是其中最困难的地方，不过，在我们同心协力之下最终完成了。我们刚选该题目的时候，真是一头雾水，硬件、软件电路不知如何下手，更何谈解决程序的那一块，因为我们小组成员没偷下懒，迅速分工查阅和收集资料，我们去了图书馆借一些参考书，上网找一些相关资料，并请教指导老师，通过不断努

28、力，终于把大致的模块给描述下来，剩下的只有整理和修改程序。在完成这次课程设计后，我们发现自身还有许多不足，所学到得知识还远远不够，以至于还有一些功能不能被完成，但通过学习这一次实践，增强了我们的动手能力，提高和巩固了PLC方面的知识，特别是程序汇编方面。从中，我们的团队合作精神也大大增强，并让我们认识到把理论用于实践是多么重要。作为一名大三学生，我觉得做PLC课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们

29、提供了良好的实践平台。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。总结所得的经验结合自己所学的知识，努力向前，任何困难都能迎刃而解！ 致 谢本论文是在导师孙莉老师的悉心指导下完成的。从论文的立题到实验的设计以及论文的撰写整个过程无不浸透着老师的心血。她以其严谨求实的治学态度、严谨的治学精神，灵活的思维方式，耐心细致的言传身教深深感染激励着我，将使我终身受益他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。时间的仓促及自身专业水平

30、的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误，恳请阅读此篇论文的老师，同学，多予指正，不胜感激！最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师、教授表示忠心的感谢！参考文献1 张凤珊电气控制及可编程序控制器2版 M北京: 中国轻工业出版社，20032 马志溪电气工程设计 M北京: 机械工业出版社，20023 刘增良，刘国亭电气工程CAD M北京: 中国水利水电出版社，20024 齐占庆，王振臣电气控制技术 M北京: 机械工业出版社，20025 史国生电气控制与可编程控制器技术 M北京: 化学工业出版社，20036 郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术 M南京: 东南大学出版社，20037 张万忠可编程控制器应用技术 M北京: 化学工业出版社，20018 王兆义小型可编程控制器实用技术 M北京: 机械工业出版社，20029 三菱微型可编程控制器手册 MMITSUBISHI SOCIO-TECH，200310 吴晓君，杨向明电气控制与可编程控制器应用 M北京: 中国建材工业出版社，200411 李道霖电气控制与PLC原理及应用 M北京: 电子工业出版社，200417