水箱温度控制系统

1水箱温度控制系统简介

1.1温度控制系统作用

温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温度控制系统就会相应产生。随着社会的发展需要，温度控制系统已经普遍被人们接受。温度控制在现阶段已有很多地方用到如：热水器、锅炉等。人们生活中所必须的设备都需要温度控制来解决。温度控制系统设计起来简单，用起来更方便，其中我们可以采用单片机控制、可编程控制来实现

1.2系统设计的方案

方案一：用单片机对水箱温度控制系统进行设计，单片机编程的优点在与它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等，其缺点在与它价格昂贵，拷贝程序后不可改变等麻烦事项。

方案二：用PLC对水箱温度控制系统进行设计，PLC用途广泛在工业控制中，某些输入量（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU能处理数字量。它的优点在与价格便宜有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、能多次改变自己需要的程序配套齐全、功能完善、易学易用、维护方便等。缺点在于只能处理数字量。

经过对资源的再次利用和方便性，而考虑本次设计采用可编程控制来实现。1.3用PLC设计的思路

本次设计是基于PLC水箱恒温控制系统，通过可编程控制器控制，让水箱中的水保持恒定值60°。首先要通过PT-100铂电阻来检测水温，并把检测到的温度与设定值进行比较，将其偏差值经过PID运算后控制双向晶闸管的导通角，调节加热丝的功率，从而使实际温度迅速接近给定值温度。PID参数主要受到进出水流量、水箱水温设定控制温度、室温等因素影响。水箱温度控制实物图如图1-1所示。

在设计中我会先进行硬件设计部分，然后进行软件设计并调试，依次向大家阐述整个编程所需要的知识。

图1-1水箱控制示意图

2水箱控制系统的硬件

本章首先介绍….(本章思路总体叙述)

2.1 PLC组成和工作原理

2.1.1 PLC的组成

PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、储存器、输入/输出接口（缩写为I/O,包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。

中央处理器由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线、控制总线和电源总线与储存器、输入输出接口、编程器和电源相连接。

存储器是具有记忆功能的半导体电路，主要用来放存系统程序、用户程序和工作数据等。PLC中使用的存储器由只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）及察除只读存储器（EPROM）组成。存储器是衡量PLC性能的一个重要指标。

I/O接口，输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是有电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。输出接口模块是PLC与现场设备之间的连接部件，用来将输出信号送给控制对象。其它接口用于主机单元的I/O数量不够用，可以通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展但愿相连进行扩充。

编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序储存器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。

电源是为PLC将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电。是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定信号、抗干扰能力强的开关稳定电源，大多PLC内部电源还可以向外部提供24V稳压电源。

2.1.2 PLC的工作原理

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程集中对输入信号进行采样，输入刷新过程中当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下次扫描时，新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新。元件影响寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短决定CPU执行指令的速度、指令本

身占有的时间和指令数。由于采用集中采样，集中输出方式，存在输入/输出滞后的现象。

2.2输入输出设备选用

2.2.1 EM235温度模块

温度控制模块可以直接接热电偶、铂电阻等温度检测元件项链，接受来自温度传感器的信号，温度控制模块就相当于温度变送器A/D转换器将生产现场的温度信号值送给PLC经PLC处理后通过模拟量输出模块这样就可以实现温度控制系统。

EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。模拟量扩展块提供了模拟量输入/输出的功能，使用与复杂的控制现场和直接与传感器执行器相连接，具有12位的分辨率和多种输入/输出范围，并且EM235模块可直接与PT-100热电阻相连。EM235模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4-20mA恒流环标准信号，连续输送到接收装置。

下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图2-1。

图2-1 EM235示意图

图2-1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。

对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。

2.2.2 PT-100

pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻