基于PLC的触摸屏温度控制系统

科目：综合控制系统

题目：温度控制系统课程设计

姓名： LC 学号：

系别：

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完成时间：

华南理工大学广州学院电子信息工程学院

目录

前言 (1)

第一章系统总体方案 (2)

第二章系统硬件设计 (3)

2.1 PLC选择 (3)

2.1.1 FX2N-48MR-001PLC (3)

2.1.2 FX2N-2AD特殊功能模块 (4)

2.1.3 FX2N-2DA特殊功能模块4

2.2 硬件电路设计 (5)

2.2.1 温度值给定电路 (6)

2.2.2 温度检测电路 (9)

2.2.3 过零检测电路 (10)

2.2.4晶闸管电功率控制电路 (11)

2.2.5 脉冲输出通道 (13)

2.2.6报警指示电路 (13)

2.2.7 复位电路 (14)

第三章系统软件设计 (14)

3.1 编程与通信软件的使用 (14)

3.2 程序设计 (16)

3.3 系统程序流程图 (16)

3.4 控制系统控制程序的开发 (17)

3.4.1 温度设计 (17)

3.4.2 A/D转换功能模块 (18)

3.4.3 标度变换程序 (19)

3.4.4 恒温控制程序（PID)设计 (19)

3.4.5 数字触发器程序设计 (22)

3.4.6 显示程序 (25)

3.4.7 恒温指示程序 (25)

3.4.8 报警程序 (25)

第四章总结与展望 (26)

4.1 总结 (26)

4.2 展望 (27)

参考文献 (28)

附录：系统程序（梯形图） (29)

前言

随着时代的发展,当今的技术日趋完善，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，加热管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。

第一章系统总体方案

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）触摸屏：主要功能是设定和显示相应的温度值，以及停止和开始功能。

（2）PLC：主要完成PID调节功能以及数据变换。

（3）测温电路和A/D模块：主要功能是0-10V温度测量信号经FX2N-A/D 转换成数字信号输入PLC处理。

（4）输出调节电路：主要功能是把PLC处理运算发出的控制信号，经FX2N-D/A转换0-10V模拟信号，通过脉宽调制装置输出脉冲信号对加热管进行加热

系统工作原理：温度变送器将加热管温度变换为模拟信号，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，得到实际加热管温度。数字控制器根据恒温给定值Q0与实际加热管温度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，调节加热管温度的变化使之与给定恒温值一致，达到恒温控制目的。当达到恒温值、输入错误或系统发生故障时，系统发出报警信号，同时用GT1040-QBBD-C触摸屏对加热管温度进行实时显示和温度给定输入。

第二章系统硬件设计

2.1 PLC选择

根据设计方案的分析，系统设计需要使用A/D转换器和D/A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FX3U（基本I/O点数为24）和FX2N-2AD特殊功能模块。

2.1.1 FX3U PLC

FX3U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，其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC。三菱FX3U 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48~64,内附8000步RAM。其内部资源如下：

（1）输入继电器X（X0~X27，24点，八进制）

（2）输出继电器Y（Y0~Y27，24点，八进制）

（3）辅助继电器M（M0~M8255）[通用辅助继电器（M0~M499）] （4）状态继电器（S0~S999）

（5）定时器T（T0~T255）（T0~T245为常规定时器）

（6）计数器C（C0~C255）

（7）指针（P/I）见表2-1和表2-2

（8）数据寄存器D（D0~D8255）（D0~D199为通用型）

表2-1 定时器中断标号指针表