基于PLC的远程温度控制系统的调研报告.pdf

word 文档 可自由复制编辑 基于 PLC 的远程温度控制系统的调研报告 一课题的背景和意义 许多领域都需要对温度的监控,如工厂的生产设备、化工领域、航空航天、农作物的种植和储存、实验室等等.有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控,我们可以用远程监控,坐在办公室里就可以对现场进行监控,又方便又节省人力。随着电子技术的发展,可编程序控制器(PLC)已经由原来简单的逻辑量控制,逐步具有了计算机控制系统的功能。在现代工业控制中,PLC 占有了很重要的地位,它可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。在许多行业的工业控制系统中,温度控制都是要解决的问题之一。如塑料挤出机大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制,存在控制精度低、超调量大等缺点,很难生产出高质量的塑料制品。在一些热处理行业都存在类似的问题2。为此,设计较为通用的温度控制系统具有重要意义,具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。通常由位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统，其主回路由接触器控制时因为不能快速反应，所以控温精度都比较低，大多在几度甚至十几度以上。随着电力电子技术及元器件的发展，主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温精度大大提高，常在2以内。如加热炉是一个大惯性系统，在采用PID调节模式时，其参数随物料的物理特性及质量而变，参数整定需要比较高的专业知识和经验，如果参数配置不好也难获得好的效果，所以使用比较复杂9。在一些比较大的系统，或还有其它控制目标的场合也常采用工业控制机和PLC（可编程逻辑控制器），加上相应的温度转换摸块构成温度控制系统，它们大多也采用PID 或模糊逻辑控制模型。二国内外研究现状（一）PT100 温度传感器 word 文档 可自由复制编辑 为了把温度传感器 PT100 随温度变化的电阻转换成相应的温度变化值，利用下面的温度公式求得：T=（温度数字量-0偏置量）/1 数字量，温度数字量=存储在 AIWx（x=0,2,4）中的值，0偏置量=在 0测量出的数字量，1数字量=温度每升高 1的数字量。（二）随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几种解决的方案：1、主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以 PID 或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温精度大大提高，常在2以内，优势是采用模糊控制与 PID 控制相结合，对控制范围宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性6。2、采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过 A/D 转换采集温度的思路。用单片机对数字进行处理和控制，通过 RS-232 串口传到 PC 机对温度进行监视与报警，设置温度的上限和下限。其优势是结构简单，编程不需要用专用的编程器，只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中，很方便且调试、修改和升级很容易7。3、ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控制。利用 ARM处理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统CLinux 获得极好的实时性，并且通过 TCP/IP 协议能与 PC 机很快的通讯8。其优势不只是温度控制精度 高，而且能够通过现场跟远程两种方式来设定控制温度。这三种温度控制系统分别有各自的不足，第一种灵活性不足，当生产工艺改进或调整的时候对整个线路系统的更改比较麻烦，甚至需要重新排线建立一个系统，工程浩大。（二）CPM2AH-20/30/40/60CDR-A属于小型应用 PLC。与 CPM1A相比，有如下特点:1、高速计数器能方便地测量高速运动的加工件。2、扩展能力增强，最大到 12ch的模拟量。3、带高速扫描和高速中断的高速处理。word 文档 可自由复制编辑 4、可方便地与 OMRON的可编程程序终端（PT）相连接，为机器操作提供一个可视化界面。5、A/D，D/A 精度大幅度提高，分辨率为 1/6000。6、可进行分散控制和模拟量控制。7、通讯功能增加，提供内置 RS232C 端口及 RS485 的适配器 三课题基本内容 1、温度控制系统要求 将被控系统的温度控制在 10 摄氏度到 100 摄氏度之间，当温度低于 10 摄氏度或高于 100 摄氏度时，应能自动调节，当调整 1 分钟后仍不能脱离不正常状态，应使高温报警指示灯闪烁。系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、蓝，三个指示灯来指示温度状态，被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常，当被控温度超过上限或者温度超高景调整不能回到正常范围，红灯亮；当被控温度低于下限，蓝灯亮。2、PT100 温度传感器 把温度传感器 PT100 随温度变化的电阻转换成相应的温度变化值，利用下面的温度公式求得：T=（温度数字量-0偏置量）/1 数字量 温度数字量=存储在 AIWx（x=0,2,4）中的值 0偏置量=在 0测量出的数字量 1数字量=温度每升高 1的数字量 3、PLC 控制系统的构成 采用欧姆龙 CPM2AH PLC 作为控制器19，并选择 AD/DA扩展模块。根据被控系统的要求，选用 PLC 基本单元，并配置模拟量输入/输出单元。在被控系统中温度测量点，温度信号经变送器变成 0-10V 的电压信号，经 AD/DA模块之后,PLC 读入温度值后，再取其平均值作为被控系统的实际温度值。若被测温度超过允许范围，则温度高报警指示灯亮，且系统自动调整，如果调整时间过长（超 word 文档 可自由复制编辑 过一分钟），系统立即切断电源，停止加热；如果被测温度低于预设值，则温度低报警指示灯亮，系统立即启动加热器，进行加热，直至达到设定温度范围内。四研究方法及措施 系统框图（1）上述原理图有以下几个名词术语：计算机指的工业控制用计算机，也就是通常所称的上位机。PLC 可编程控制器（Programmable Logic Controller），具备一定逻辑运算能力跟通信能力的工业现场机，也就是通常所称的下位机，与上位机保持通信并且按设定好的程序进行逻辑控制。A/D 转换模块进行模拟量数字量转换的组件，把连续的模拟量转换成计算机能够处理的离散的数字量。变送器把热电阻/热电偶的阻值转换成标准的 420mA的电流量或者010V 的电压量。热电阻/热电偶利用温度阻值线性好的铂等金属制成的温度传感器。电压调整器根据输入信号的改变而改变输出电压的高低。加热器根据输入电压的高低而改变加热的强度。（2）研究方法：1、温度数据采集部分用 PT100 温度传感器。PT100 温度传感器是比较常用的铂电阻温度传感器，它适用于测量-60到+400之间的温度，工业应用通常在 0150之间。PT100 在 0时电阻为 100 欧姆，随着温度的变化电组成线性变化，大约是每摄氏度 0.4欧姆，为了产生 5mV/的电压系数，需要提供 12.5mA电流。由于模拟量输出精度为 10 微安/数，为了得到 5mA输出电流所需的输出 word 文档 可自由复制编辑 数必须为 1250。因为 AQW数据字向右移 4 位，因此输出数必须乘以 16。这样，为了初始化模拟量输出 Io位 12.5mA 电流，在 AQW0中必须设置 20000 输出数。等式为：(32000/20mA*12.5mA=20000)2、数据处理部分用欧姆龙公司生产的 CPM2AH型的可编程控制器。主要负责数据处理和储存的工作。通过编制软件，对采集到的温度信号与设定值进行比较处理；对有关操作信号进行联机操作。在用 PLC 和被控对象构成一个控制系统时，通常以下面几个步骤进行：根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等），操作方式（手动、自动、连续、单周期、单步等）。根据控制要求确定所需要的用户输入输出设备。选定 PLC；确定 PLC 的点数；分配 PLC 的 I/O点，设计 I/O连接图。此外，系统用到的计数器、定时器等也要进行分配。进行 PLC 的程序设计。对于复杂的控制系统，需要绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件，对于简单的控制系统，也可省略。要设计好梯形图，这是关键的一步。根据梯形图编制程序清单，用编程器将程序键入到 PLC 的用户存储器中，并检查键入的程序正确与否。检查程序是否能正确完成逻辑要求，是否能完成得很好。如果不合要求，对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。保存程序。五、研究意义 在现代工业生产中,许多领域都需要对温度进行监控，有很多领域的温度可能较高或较低，人无法靠近或现场无需人力来监控，我们可以用远程监控，坐在办公室里就可以对现场进行监控。随着电子技术的发展,可编程序控制器(PLC)已经由原来简单的逻辑量控制，逐步具有了计算机控制系统的功能，在现代工业控制中，PLC 可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统1213。并且，由 PLC 组成的控制系统可以方便的改写程序，以适应不同的生产需要，为此，在现阶段设计较为通用的温度控制系统具有重要意义，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。word 文档 可自由复制编辑 六、主要参考文献：1 丁勇,郑金吾基于 PLC 的泵机组控制J.自动化仪表,2004,25(2):6062 2 周梅芳,金向平,陈偕雄.基于 PLC 的智能 PID 控制方法及其应用J.化工自动化及仪表,2003,30(6):4648 3 金凯鹏,胡即明.基于模糊 PID 算法远程温度控制系统的实现J.微计算机信息,2006,22:7071 4 石锦松,贺丽萍,白亮等.基于 ARM 的远程控制温控系统的设计J.现代电子技术,2007,12:8081 5 黄柱深,黄超麟.基于 PLC 的高精度温度控制系统J.机电工程技术,2006,35(2):6566 6 杨万能,秦付军.基于 PLC 的网络温度监控系统的研究J.西华大学学报,2006,25(6):7172 7 蔡军,曹慧英.基于 PLC 的温控系统设计与研究J.微计算机信息,2007,23:2628 8 戴星,谢守勇,何炳辉等.基于 PLC 的温室控制系统的研究J.农机化研究,2007,1:129 132