基于PLC温度控制系统的设计本科毕业设计论文.doc

《基于PLC温度控制系统的设计本科毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC温度控制系统的设计本科毕业设计论文.doc（52页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 南京工程学院 自动化学院自动化学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 题目： 基于基于 PLC 温度控制系统的设计温度控制系统的设计 专 业： 测控技术与仪器测控技术与仪器 Graduation Design (Thesis) The Design Of The Temperature Examination In PLC Temperature Control System By WANG Zhu Jie Supervised by Prof. XIA Qing Guan Associate Prof. LU Hong School of Automation Nanjing In

2、stitute of Technology June, 2011 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了

3、解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和 电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并 提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其 它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论 文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

4、 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价：指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治

5、学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良

6、中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师：指导教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价：评阅教师评价： 一、论文（设计）质量一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平二、

7、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 评阅教师：评阅教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价：教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良

8、 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成

9、绩：评定成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 教研室主任（或答辩小组组长）：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年年 月月 日日 教学系意见：教学系意见： 系主任：系主任： （签名） 年年 月月 日日 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） I 摘摘 要要 本文介绍 基于 PLC 的温度控制系统 的设计，包括 A/D 转换、标度变换 、 温度检测环节 、积分分离 PID 算法以及过零数字触发电路 的设计。 主要内 容：实际温度经温度传感器检测，得到模拟电压值，模拟量再经A/D 转换 和标度变换后得到实际炉温。数字控制器根据恒温给定值与实际温度的

10、偏差 e（k）按积分分离 PID 控制算法，得到输出控制量u（k） ，控制可控硅导 通时间，调节炉温的变化使之与给定恒温值一致。达到恒温控制目的。本系 统对温度检测 和调节环节做了进一步的优化设计，使该系统更实用、易行 和可靠，同时也提高了产品质量和减轻人工劳力负担。它在实际应用中具 有一定参考价值。 关键词：关键词：温度检测；温度传感器；A/D 转换；PID 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） II ABSTRACT The introduction of temperature-based PLC control system design, including A/D conve

11、rsion, scaling transformation, temperature checking links, scoring a zero separation PID algorithms and digital triggering circuit design. Main elements : the actual temperature of the test temperature sensors, analog voltage is the value, volume via simulation A/D after his conversion and scaling p

12、ractical furnace temperature. Digital signal controllers will be under constant temperature to the value and the actual temperature deviations e (k) by scoring separation PID control algorithms, with the volume of export control u (k), lead-time silicon-controlled rectifier control, regulate furnace

13、 temperature changes to the current agreement with the given constant temperature. Achieve thermostatic control purposes. Temperature of the system to do further testing and regulatory aspects of the design optimization, enabling the system more practical and easy OK and reliable, while also raising

14、 product quality and reducing the burden of manual labor. It must have practical application in reference value. Key words：temperature testing; Temperature sensors; A/D conversion; PID 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） III 目目 录录 前言前言1 第一章第一章 系统总体方案系统总体方案2 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计4 2.1 PLC 选择 .4 2.1.1 FX2N-48MR-001PL

15、C4 2.1.2 FX2N-4AD 特殊功能模块 5 2.2 硬件电路设计.7 2.2.1 温度值给定电路8 2.2.2 温度检测电路8 2.2.3 过零检测电路10 2.2.4 晶闸管电功率控制电路.10 2.2.5 脉冲输出通道13 2.2.6 报警指示与显示电路.13 2.2.7 复位电路14 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 15 3.1 编程与通信软件的使用.15 3.2 程序设计.16 3.3 系统程序流程图.17 3.4 控制系统控制程序的开发.18 3.4.1 温度设计18 3.4.2 A/D 转换功能模块.18 3.4.3 标度变换程序20 3.4.4 恒温控制程序20

16、 3.4.5 数字触发器程序设计24 3.4.6 显示程序26 3.4.7 恒温指示程序27 3.4.8 报警程序27 第四章第四章 总结与展望总结与展望 28 4.1 总结.28 4.2 展望.28 致谢致谢29 参考文献参考文献.30 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） IV 附录一：三菱附录一：三菱 FX 系列系列 PLC 指令一览表指令一览表31 附录二：热电偶温度传感器和信号放大器附录二：热电偶温度传感器和信号放大器33 附录三：系统程序（梯形图）附录三：系统程序（梯形图）36 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 1 前前 言言 随着时代的发展 ,当今的技术日趋完善，

17、竞争也愈演愈烈 ;传统的人工 的操作已不能满足于目前的制造业前景 ,也无法保证更高质量的要求和提升 高新技术企业的形象。 在生产实践中 ,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证, 同时也减轻了人员的劳动强度 ,减少了人员上的编制。在许多复杂的生产过 程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工、技术 人员或专家、管理者却能够容易判断和操作,可以获得满意的效果。人工 智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与 计算机协调工作 ,以人机结合的模式 ,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途 径。 可编程序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

18、而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺 序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入 和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 在工业生产过程中，加热炉温度控制是十分常见的。温度控制的传统方 法是人工 仪表控制。其重复性差，工艺要求难以保证，人工劳动强度大。 目前大多数使用微机代替常规控制。以微机为核心控制系统虽然成本较低， 但微机的可靠性和抗干扰性较差而使其硬件设计较复杂。而以PLC 为核心 的控制系统，虽然成本较高，但PLC 本身就有很强的抗干扰性和可靠性， 因而系统的硬件设计也简单得多。所以，相比较于微机控制，PLC 控制在 过程控制方面更具

19、有优势。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高， 可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担。本文介绍了以PLC 为核心 实现 PID 算法的温度控制系统的设计方法。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 2 第第一一章章 系系统统总总体体方方案案 根据设计任务和要求，采用常规PID 控制的温度控制系统结构如图 1-1 所示。 图 1-1 常规 PID 温度控制系统的结构 对应图 1-1 的系统结构，确定总体设计方案如图1-2 所示： 图 1-2 总体设计方案 该总体方案主要由以下几个部分组成 （1）温度值给定电路：主要功能是在给定值输入允许的情况下，接收 十进制温度值给定。（给定值范

20、围为 280700） 。 （2）PLC：主要完成 PID 调节功能以及数据变换。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 3 （3）电源同步信号产生电路：主要功能是产生与电源同步的周波信号。 电源周波信号用作数字触发电路的输入信号。 （4）数字触发电路：主要功能是输出晶闸管触发脉冲，触发晶闸管导 通，根据数字控制器的输出值，控制晶闸管的导通周波个数，以达到电功率 控制功能。 （5）温度检测电路：主要功能是将温度传感器的输出信号进行放大， 并进行 A/D 转换。 （6）温度显示与报警指示电路：主要功能是完成电阻炉温度的实时显 示以及故障报警和恒温指示。 （7）复位电路：完成系统的运行 /停止

21、。 系统工作原理：温度传感器将炉温变换为模拟信号，经低通滤波器滤掉 干扰信号后送放大器，将信号放大后送A/D 模块转换为数字量送 PLC， 数字量经标度变换，得到实际炉温。数字控制器根据恒温给定值与实 0 Q 际炉温 Q 的偏差 e（k）按积分分离 PID 控制算法，得到输出控制量 u（k） ，控制晶闸管导通时间，调节炉温的变化使之与给定恒温值一致，达 到恒温控制目的。当恒温时间到、输入错误或系统发生故障时，系统发出报 警信号，同时用三个数码管对电阻炉温度进行实时显示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 4 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计 2.12.1 PLCPLC 选择选择

22、 根据设计方案的分析，系统设计需要使用13 个输入端口和 17 个输出 端口，另外还需要一个 A/D 转换器来完成温度采样。在课程学习中，我们 学习了三菱的 FX 系列 PLC，因此，选择三菱 FX2N-48MR-001（基本 I/O 点数为 24）和 FX2N-4AD 特殊功能模块。 2.1.12.1.1 FX2N-48MR-001FX2N-48MR-001 PLCPLC FX2N 系列 PLC 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制 器。它由基本单元、扩展单元、扩展模块等构成。用户存储器容量可扩展到 16K 步。I/O 点最大可扩展到 256 点。它有 27 条基本指令，其基

23、本指令的 执行速度超过了很多大型 PLC。三菱 FX2N48MR PLC，为继电器输出 类型，其输入、输出点数皆为是24 点，可扩展模块可用的点数为4864, 内附 8000 步 RAM。其内部资源如下： （1）输入继电器 X（X0X27，24 点，八进制） （2）输出继电器 Y（Y0Y27，24 点，八进制） （3）辅助继电器 M（M0M8255）通用辅助继电器（ M0M499） （4）状态继电器（ S0S999） （5）定时器 T（T0T255） （T0T245 为常规定时器） （6）计数器 C（C0C255） （7）指针（ P/I）见表 2-1 和表 2-2 （8）数据寄存器 D（D0D

24、8255） （D0D199 为通用型） 表 2-1 定时器中断标号指针表 输入编号中断周期（ ms）中断禁止特殊辅助继电器 I6XXM8056 I7XXM8057 I8XX 在指针名称的 XX 部分中，输 入 1099 的整数。 I610 为每 10ms 执行一次定时器中断M8058 表 2-2 输入中断标号指针表 指针编号输入编 号上升中断下降中断 中断禁止特殊辅助继 电器 X0I001I000M8050 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 5 X1I101I100M8051 X2I201I200M8052 X3I301I300M8053 X4I401I400M8054 X5I501

25、I500M8055 注：M8050M8058=“0”表允许； M8050M8058=“1”表禁止。 2 2. .1 1. .2 2 F FX X2 2N N- -4 4A AD D 特特殊殊功功能能模模块块 FX2N-4AD为模拟量输入模块 ,有四个模拟量输入通道（分别为 CH1、CH2、CH3和CH4） ，每个通道都可进行 A/D转换，将模拟量信号转换成 数字量信号，其分辨率为 12位。其模拟量输出性能如表 2-3所示。 表 2-3 模拟量输出性能表 电压输入电流输入 项 目电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可使 用4个输入点 模拟量输入范 围 DC ：-10+10V（输 入电阻

26、200K） （注意：若输入电压超 过15V，单元会被损 坏） DC ：-20+20mA（输入电阻 250） （注意：若输入电流超过 32mA，单元会被损坏） 数字输出 12位的转换结果以 16位二进制补码方式存储（ - 2048+2047） 分辨率5mV20A 总体精度 1%（对于-10+10V 范围） 1%（对于-20+20mA范围） 转换速度 15ms/通道（常速） 6ms/通道（高速） 所有数据转换和参数设置的调整可通过 FROM/TO指令完成。同时在编程 过程中重点用到了 BFM数据缓冲存储器，具体分布情况如表 2-4所示。 表 2-4 BFM 数据缓冲存储器分布表 BFM编号内容 #

27、0通道初始化，缺省值 =H0000 #1通道1存放采样值（ 14096），用于得到平均结果。缺省值 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 6 #2通道 2 #3通道 3 #4通道 4 设为8（正常速度），高速操作可选择 1 #5通道 1 #6通道 2 #7通道 3 #8通道 4 缓冲器#5#8独立存储通道 CH1CH4平均输入采样值 #9通道 1 #10通道 2 #11通道 3 #12通道 4 这些缓冲区用于存放每个输入通道读入的当前值 #13#14保留 设0，则选择正常速度， 15ms/通道（缺省）#15选择A/D转换速度 设1，则选择高度， 6ms/通道 BFMB7B6B5B4B3B

28、2B1B0 #16#19保留 #20复位到缺省值和预设，缺省值 =0 #21禁止调整偏差、增益值，缺省值 =（0，1）允许 #22偏移，增益调整G4O4G3O3G2O2G1O1 #23偏移值，缺省值 =0 #24增益值，缺省值 =5000 #25#28保留 #29错误状态 #30识别码 #31不能使用 通道选择：在 BFM#0中写入十六进制 4位数字HXXXX进行A/D模块的初始 化，最低位数字控制 CH1，最高位数字控制 CH4，各位数字的含义如下： X=0时设定输入范围为 -10V+10V；X=1时，设定输入范围为 +4mA+20mA；X=2时，设定输入范围为 -20mA+20mA；X=3

29、时，关断通道。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 7 另外，BFM#29 的状态信息设置如表 2-5 所示。 表 2-5 BFM#29 的状态信息设置 #29 缓冲器位ONOFF B0：错误 当 b1b4 为 ON 时， b0=ON 若 b2b4 任意一位为 ON，A/D 转换器的所 有通道停止 无错误 B1：偏移量与增益值错 误 偏移量与增益值修正错 误 偏移量与增益值正常 B2：电源不正常24VDC 错误电源正常 B3：硬件错误A/D 或其他硬件错误硬件正常 B10：数字范围错误 数字输出值小于 -2048 或大于+2047 数字输出正常 B11：平均值错误 数字平均采样值大于

30、4096 或小于 0（使用 8 位缺省值） 平均值正常（ 14096） B12：偏移量与增益值 修正禁止 #21 缓冲器的禁止位 （b1,b0）设置为 （1，0） #21 缓冲器的（ b1,b0） 设置为（ 0，1） 2 2. .2 2 硬硬件件电电路路设设计计 根据系统总体方案，设计系统的I/O 地址分配如表 2-6 所示。 表 2-6 输入、输出信号 I/O 地址表 输入地址功能说明输出地址功能说明 Y0VT1 触发脉冲（电源正半波） X0 电源周波信号 输入端Y1VT2 触发脉冲（电源负半波） X1温度给定允许Y4恒温完成指示信号 X2启动/关闭Y5断偶报警 南京工程学院自动化学院本科毕

31、业设计（论文） 8 Y6温度给定超出范围报警 X10X21SB2SB11 Y10Y23 12 位 8421（三组） BCD 码输 出 2 2. .2 2. .1 1 温温度度值值给给定定电电路路 按设计要求，共设计了十个开关按键，作为温度给定值的输入端口，接 收十进制数。给定值范围为280700，若输入值超过给定值范围，系统 会发出报警信号（亮红灯）。设计电路如图 2-1 所示：SB1 为温度值输入 允许，SB2SB11 分别表示十进制数 09。先按下温度值给定允许开关 SB1，然后再输入给定温度值，先按下的数字为高位上的数值，后按下的数 字为低位上的数值。比如，先后按下开关SB5、SB2 和

32、 SB2，则表示给定 温度值为 300，并送 PLC 数据寄存器保存 。 图 2-1 温度值给定电路 2 2. .2 2. .2 2 温温度度检检测测电电路路 温度检测是温度控制系统的一个很重要的环节，直接关系到系统性能。 在 PLC 温度控制系统中，温度的检测不仅要完成温度到模拟电压量的转换 还要将电压转换为数字量送PLC。其一般结构如图 2-2 所示。 图 2-2 温度检测基本结构 温度传感器将测温点的温度变换为模拟电压，其值一般为mA 级，需 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 9 要放大为满足 A/D 转换要求的电压值。然后送PLC 的 A/D 转换模块进行 A/D 转换，得到

33、表示温度的电压数字量，再用软件进行标度变换与误差补偿， 得到测温点的实际温度值。 本系统利用热电偶完成炉温检测（热端检测炉温，冷端置于0温度 中） 、FX2N-4AD 模块一个通道实现 A/D 转换。炉温检测与放大电路由热 电偶、低通滤波、信号放大和零点迁移电路四部分组成。其电路如图 2-3 所示。热电偶和放大器原理及参数详见附录二。 图 2-3 炉温检测与放大电路 图中，R1、C1 完成低通滤波， R2、RP、2CW51 组成零点迁移电路，炉温 检测元件采用镍铬 镍铝热电偶，分度号为 EU-2，查分度表可得，当温 度为 0700时，输出电势为 029.13mV。检测信号经二级放大后送 i u

34、 FX2N-4AD 模块，第一级放大倍数为 50，第二级放大倍数为 11.2，第二级 放大还完成 零点迁移，其输出电压为 0 u )( 2 . 11)( 5 56 21210 uuuu K K u 式中，为零点迁移值。根据设计要求，恒温值为400600，本系统选 2 u 取测温范围为 280700，将 280作为测温起点（零点）。调整多圈电位 器 RP，使=50*11.38=569mV，当炉温为 280时， 2 u =11.38mV，=569mV，于是=0。经零点迁移后，炉温为 280700时， i u 1 u 0 u =11.3829.13mV，=09.94V，A/D 转换后的数字量为 02

35、047。 i u 0 u 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 10 2 2. .2 2. .3 3 过过零零检检测测电电路路 按设计要求，要求过零检测电路在每个电源周期开始时产生一个脉冲， 作为触发器的同步信号，其设计电路如 图 2-4（a）所示。 图 2-4（a） 过零检测电路 图中，GND 为+5V 电源地， LM339 为过零比较器 .LM339 集成块内部装有四 个独立的电压比较器，共模范围很大；差动输入电压范围较大，大到可以等 于电源电压。 二极管用作 LM339 输入保护。电路的工作波形如 图 2- 4（b）所示。 图 2-4（b） 过零检测电路的工作波形图 2 2. .2

36、 2. .4 4 晶晶闸闸管管电电功功率率控控制制电电路路 晶闸管是晶体闸流管的简称，也叫可控硅。它是一种半控型器件，是一 种可以利用控制信号控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。它的关 断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。也即说，若要使已导通 的晶闸管关断，只能利用外加反向电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流 降到接近零的某一数值以下。 晶闸管控制电热元件消耗的电能有两种方法，一是采用移相触发控制输 入电压的大小，二是采用过零触发控制输入电压加到电热元件上的周波数。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 11 由于移相触发控制会产生较大的谐波干扰信号“污染”电网，因此采用

37、过 零触发控制。又由于本电路所控制的电阻炉只有一根电阻丝，功率也不大， 因此，本系统采用单相电源供电，电源的通断由二个晶闸管反并控制，如 图 2-5 所示。 图 2-5 电功率控制电路 这种控制方法的原理是：各晶闸管的触发角 恒为 0，使得一个周 期内电源均加在电热元件上，通过控制一个控制周期内晶闸管导通周波数， 就可控制电热元件消耗的电能。根据电热炉的数字模型可知，温度的增量与 它消耗的电能成正比，而电热炉消耗的电能与晶闸管导通周波数成正比，因 此，晶闸管导通周波数 n 与控制输出控制量 u（k）的关系为 n=K*u(k) 式中，K=/ 为比例系数（约为 1） ，为一个控制周期内的电源 ma

38、x n maxt u max n 周波数，温度偏差不同，则u（k） 、n 不同，电热炉消耗的电能亦不同，达 到了根据温度偏差调节输入电能，保证炉温按要求变化的目的。 晶闸管由正向导通到关断时，由于空穴积蓄效应，晶闸管反向阻断能力 的恢复需要一段时间。在这段时间里，晶闸管元件流过反向电流，接近终止 时，很大，它与线路电感共同作用产生的电压L*可能损坏晶闸 ti dd ti dd 管，必须采取保护措施，在晶闸管两端并联阻容吸收装置。 设计电路中的元器件的选择如下： （1）R 和 C 的选择 阻容吸收装置的参数按晶闸管ITN 根据经验值选取为： R=80 C=0.15F 电容 C 的交流耐压为： V

39、UU mCN 46722205 . 15 . 1 电阻 R 的功率应满足： 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 12 W XR RU P C R 086 . 0 )1015 . 0 314/1 (80 8022010 *10 262 2 22 2 实选电容 0.15F/630V 一只，电阻 80/0.5W 一只。 （2）快速熔断器 FU 的选择 快速熔断器是专门用来保护晶闸管的，其熔体电流按下式选取： FU I TNFU II57 . 1 6 5 式中，5/6 为修正参数，为保证可靠与选用方便，一般取。实选 TNFU II 熔体额定电流为 20A 的 RLS-50 螺旋式快速熔断器二只

40、，分别与二只晶闸管 串联，其额定电压为 500V。 （3）晶闸管的选择 电阻炉的额定功率为 4KW，电源电压为 220V，故负载电流 IL=18.2A。由于每个晶闸管只导通半个电源周波且本系统采用过零触发 （=0） ，流过每个晶闸管的平均电流为9.1A。关断时，承受正反向峰 值电压为，考虑到晶闸管的过载能力小及环境温度的变化等因素，V2220 晶闸管的额定电流应为： TN I AII LTN 2 . 18 7 . 132/)25 . 1 ( 额定电压应为： TN U VUTN9336222220)32( 根据以上计算，主回路的二只晶闸管选择为KP20-10(参数为： 20A，1KV，0.1A，

41、3V) 2 2. .2 2. .5 5 脉脉冲冲输输出出通通道道 由于 PLC 有很强的抗干扰性和可靠性，且FX2N-48MR-001 为继电器输 出2A/1 点（KP20-10 晶闸管的触发电流和电压分别为0.1A 和 3V） ， 因而 FX2N-48MR-001 的输出点能可靠地触发晶闸管导通，而无须设计光电 隔离和功率放大。脉冲输出通道电路如 图 2-6 所示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 13 图 2-6 脉冲输出通道 图中，初始时， Y0 和 Y1 都为低电平，当系统检测到从X0 输入的同步信 号为高（低）电平时， Y0（Y1）由低电平变高电平，输出电流值为2A 的

42、触发电流，去触发晶闸管 VT1（VT2）导通；当 X0 从高电平变低电平（从 低电平变高电平）时， Y0（Y1）脉冲结束，电路恢复为初态。 2 2. .2 2. .6 6 报报警警指指示示与与显显示示电电路路 按设计要求，报警指示电路设计了一个恒温指示（绿灯）灯、故障报警 （红灯）和输入出错报警（黄灯），完成指示、报警功能。显示电路由 Y10Y23 经过三个 BCD-七段共阴数码管译码器 74LS248，外接三个七段 LED 数码管（带）完成显示功能。设计电路如图2-7 所示。 图 2-7 报警指示与显示电路 2 2. .2 2. .7 7 复复位位电电路路 复位电路由一个开关 SB12 完成

43、开/关功能，当按下开关 SB12 时系统 启动，正常运行，执行任务；当断开SB12 时，系统停止运行，不执行任 何任务。设计电路如图 2-8 所示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 14 图 2-8 复位电路 第第三三章章 系系统统软软件件设设计计 PLC 程序输入可以通过手持编程器、专用编程器或计算机完成。但由于 手持编程器在程序输入或阅读理解分析时比较烦琐；专用编程器价格高，通 用性差，而计算机除了可以进行PLC 的编程外，还可作为一般计算机的用 途，兼容性好，利用率高。因此，利用计算机进行PLC 编程和通信更具 优势。本次软件设计即是利用计算机编程，在三菱PLC 编程软件 F

44、xgpwin 下完成程序编写和通信。 3 3. .1 1 编编程程与与通通信信软软件件的的使使用用 三菱 FX 系列 PLC 通信软件名称为 Fxgpwin，它供对 FX0/FX0S、FX1、FX2/FX2C、FX1S、FX1N 和 FX2N/FX2NC 系列三菱 PLC 以 及监控 PLC 中各软元件的实时状态。它的运行环境为MS-window3.1 或 window95 以上的版本，其具体应用说明如下。 （1）编程 双击图标，即可进入编程环境。 首先打开 File（文件）菜单下的 New（新文件）子菜单，选择 FX2N PLC 型号，进入程序编制环境。（若想打开已有文件，打开File（文件

45、） 菜单下的 Open（打开）子菜单，选择正确的文件和PLC 型号后，按回车键 即可。 ） 采用梯形图编写程序：打开View（视图）菜单，选中 Ladder view（梯形图）子菜单。然后选择View（视图）菜单中的 Tool bar（工 具栏） 、Status（状态栏） 、Function bar（功能键）和 Palette（功能图） 四栏。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 15 梯形图中的软元件的选择既可通过以上Function bar（功能键）和 Palette（功能图）完成，也可通过Tool bar（工具栏）完成。 使用 Edit（编辑）菜单下的 Cut（剪切） 、Undo

46、（撤消键入） 、 Paste（粘贴） 、Copy（复制）和 Delete（删除）等栏目，可对软元件进行 剪切、复制和粘贴等操作。 （2）程序检查。 双击 Option（选项）菜单下的 Program Check（程序检查） ，进入程 序检查环境，即可对程序进行检查，包括三项：检查软元件有无错误、检查 输出软元件和检查各回路有无错误。 （3）PLC 程序下载 正确连接好编程电缆，打开编程界面的PLC 菜单下的 Ports(端口设置 )选 择正确的串行口、传送频率后，按OK。打开 PLC 菜单下的 transfers- write(写出)，输入程序步数，按确定即可下载程序到PLC 上。 （4）PL

47、C 运用和停止 下载完程序，把 PLC 机上的开关拨向 RUN/STOP，或打开 PLC 菜单下 的 Remote Run/Stop(遥控运行 /停止)栏目，即可运行 /停止 PLC。 （5）软元件监控 打开 Monitor/Test（监控/测试）菜单下的 Entry device monitor（进入元件遥控），选择所要的监控的软元件，即可监控各软元件。 （6）程序打印 打开 File（文件）菜单下的 Page Setup（页面设置）子菜单即可进行 编程页面设置。打开 File（文件）菜单下的 Printer Setup（打印机设置） 子菜单即可进行打印设置。 （7）退出主程序 打开 File（文件）菜单下的 Exit（退出）子菜单或按右上角的 “X” 按键，即可退出主程序。 3 3. .2 2 程程序序设设计计 本设计系统采用三菱 FX 系列 PLC 控制。其输入、输出地址表如表2- 6 所示。另外，内存分配如表 3-1 所示： 表