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正文內(nèi)容

基于plc溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2024-07-24 18:11 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 緩 沖 器 的 ( b1,b0)設(shè) 置 為 ( 0, 1) 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì)根 據(jù) 系 統(tǒng) 總 體 方 案 , 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 的 I/O 地 址 分 配 如 表 26 所 示 。表 26 輸 入 、 輸 出 信 號(hào) I/O 地 址 表輸 入 地 址 功 能 說 明 輸 出 地 址 功 能 說 明Y0 VT1 觸 發(fā) 脈 沖 ( 電 源 正 半 波 )X0電 源 周 波 信 號(hào)輸 入 端 Y1 VT2 觸 發(fā) 脈 沖 ( 電 源 負(fù) 半 波 )X1 溫 度 給 定 允 許 Y4 恒 溫 完 成 指 示 信 號(hào)X2 啟 動(dòng) /關(guān) 閉 Y5 斷 偶 報(bào) 警南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)8Y6 溫 度 給 定 超 出 范 圍 報(bào) 警X10~X21 SB2~SB11Y10~Y2312 位 8421( 三 組 ) BCD 碼 輸出 溫 度 值 給 定 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 , 共 設(shè) 計(jì) 了 十 個(gè) 開 關(guān) 按 鍵 , 作 為 溫 度 給 定 值 的 輸 入 端 口 , 接收 十 進(jìn) 制 數(shù) 。 給 定 值 范 圍 為 280~700℃ , 若 輸 入 值 超 過 給 定 值 范 圍 , 系 統(tǒng)會(huì) 發(fā) 出 報(bào) 警 信 號(hào) ( 亮 紅 燈 ) 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 21 所 示 : SB1 為 溫 度 值 輸 入允 許 , SB2~SB11 分 別 表 示 十 進(jìn) 制 數(shù) 0~9。 先 按 下 溫 度 值 給 定 允 許 開 關(guān)SB1, 然 后 再 輸 入 給 定 溫 度 值 , 先 按 下 的 數(shù) 字 為 高 位 上 的 數(shù) 值 , 后 按 下 的 數(shù)字 為 低 位 上 的 數(shù) 值 。 比 如 , 先 后 按 下 開 關(guān) SB SB2 和 SB2, 則 表 示 給 定溫 度 值 為 300℃ , 并 送 PLC 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 保 存 。圖 21 溫 度 值 給 定 電 路 溫 度 檢 測(cè) 電 路溫 度 檢 測(cè) 是 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 的 一 個(gè) 很 重 要 的 環(huán) 節(jié) , 直 接 關(guān) 系 到 系 統(tǒng) 性 能 。在 PLC 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 中 , 溫 度 的 檢 測(cè) 不 僅 要 完 成 溫 度 到 模 擬 電 壓 量 的 轉(zhuǎn) 換還 要 將 電 壓 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 量 送 PLC。 其 一 般 結(jié) 構(gòu) 如 圖 22 所 示 。圖 22 溫 度 檢 測(cè) 基 本 結(jié) 構(gòu)溫 度 傳 感 器 將 測(cè) 溫 點(diǎn) 的 溫 度 變 換 為 模 擬 電 壓 , 其 值 一 般 為 mA 級(jí) , 需南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9要 放 大 為 滿 足 A/D 轉(zhuǎn) 換 要 求 的 電 壓 值 。 然 后 送 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 進(jìn) 行A/D 轉(zhuǎn) 換 , 得 到 表 示 溫 度 的 電 壓 數(shù) 字 量 , 再 用 軟 件 進(jìn) 行 標(biāo) 度 變 換 與 誤 差 補(bǔ) 償 ,得 到 測(cè) 溫 點(diǎn) 的 實(shí) 際 溫 度 值 。本 系 統(tǒng) 利 用 熱 電 偶 完 成 爐 溫 檢 測(cè) ( 熱 端 檢 測(cè) 爐 溫 , 冷 端 置 于 0℃ 溫 度中 ) 、 FX2N4AD 模 塊 一 個(gè) 通 道 實(shí) 現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn) 換 。 爐 溫 檢 測(cè) 與 放 大 電 路 由 熱電 偶 、 低 通 濾 波 、 信 號(hào) 放 大 和 零 點(diǎn) 遷 移 電 路 四 部 分 組 成 。 其 電 路 如 圖 23所 示 。 熱 電 偶 和 放 大 器 原 理 及 參 數(shù) 詳 見 附 錄 二 。圖 23 爐 溫 檢 測(cè) 與 放 大 電 路圖 中 , R C1 完 成 低 通 濾 波 , R RP、 2CW51 組 成 零 點(diǎn) 遷 移 電 路 , 爐 溫檢 測(cè) 元 件 采 用 鎳 鉻 —鎳 鋁 熱 電 偶 , 分 度 號(hào) 為 EU2, 查 分 度 表 可 得 , 當(dāng) 溫度 為 0~700℃ 時(shí) , 輸 出 電 勢(shì) 為 0~。 檢 測(cè) 信 號(hào) 經(jīng) 二 級(jí) 放 大 后 送iuFX2N4AD 模 塊 , 第 一 級(jí) 放 大 倍 數(shù) 為 50, 第 二 級(jí) 放 大 倍 數(shù) 為 , 第 二 級(jí)放 大 還 完 成零 點(diǎn) 遷 移 , 其 輸 出 電 壓 為0u)()(5621uuK????式 中 , 為 零 點(diǎn) 遷 移 值 。 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 , 恒 溫 值 為 400~600℃ , 本 系 統(tǒng) 選2u取 測(cè) 溫 范 圍 為 280~700℃ , 將 280℃ 作 為 測(cè) 溫 起 點(diǎn) ( 零 點(diǎn) ) 。 調(diào) 整 多 圈 電 位器 RP, 使 =50*=569mV, 當(dāng) 爐 溫 為 280℃ 時(shí) ,=, =569mV, 于 是 =0。 經(jīng) 零 點(diǎn) 遷 移 后 , 爐 溫 為 280~700℃ 時(shí) ,iuuu=~, =0~, A/D 轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 字 量 為 0~2047。i南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)10 過 零 檢 測(cè) 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 , 要 求 過 零 檢 測(cè) 電 路 在 每 個(gè) 電 源 周 期 開 始 時(shí) 產(chǎn) 生 一 個(gè) 脈 沖 ,作 為 觸 發(fā) 器 的 同 步 信 號(hào) , 其 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 24( a) 所 示 。圖 24( a) 過 零 檢 測(cè) 電 路圖 中 , GND 為 +5V 電 源 地 , LM339 為 過 零 比 較 器 .LM339 集 成 塊 內(nèi) 部 裝 有 四個(gè) 獨(dú) 立 的 電 壓 比 較 器 , 共 模 范 圍 很 大 ; 差 動(dòng) 輸 入 電 壓 范 圍 較 大 , 大 到 可 以 等于 電 源 電 壓 。 二 極 管 用 作 LM339 輸 入 保 護(hù) 。 電 路 的 工 作 波 形 如 圖 24( b) 所 示 。圖 24( b) 過 零 檢 測(cè) 電 路 的 工 作 波 形 圖 晶 閘 管 電 功 率 控 制 電 路晶 閘 管 是 晶 體 閘 流 管 的 簡(jiǎn) 稱 , 也 叫 可 控 硅 。 它 是 一 種 半 控 型 器 件 , 是 一種 可 以 利 用 控 制 信 號(hào) 控 制 其 導(dǎo) 通 而 不 能 控 制 其 關(guān) 斷 的 電 力 電 子 器 件 。 它 的 關(guān)斷 完 全 是 由 其 在 主 電 路 中 承 受 的 電 壓 和 電 流 決 定 的 。 也 即 說 , 若 要 使 已 導(dǎo) 通的 晶 閘 管 關(guān) 斷 , 只 能 利 用 外 加 反 向 電 壓 和 外 電 路 的 作 用 使 流 過 晶 閘 管 的 電 流降 到 接 近 零 的 某 一 數(shù) 值 以 下 。晶 閘 管 控 制 電 熱 元 件 消 耗 的 電 能 有 兩 種 方 法 , 一 是 采 用 移 相 觸 發(fā) 控 制 輸入 電 壓 的 大 小 , 二 是 采 用 過 零 觸 發(fā) 控 制 輸 入 電 壓 加 到 電 熱 元 件 上 的 周 波 數(shù) 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11由 于 移 相 觸 發(fā) 控 制 會(huì) 產(chǎn) 生 較 大 的 諧 波 干 擾 信 號(hào) “污 染 ”電 網(wǎng) , 因 此 采 用 過零 觸 發(fā) 控 制 。 又 由 于 本 電 路 所 控 制 的 電 阻 爐 只 有 一 根 電 阻 絲 , 功 率 也 不 大 ,因 此 , 本 系 統(tǒng) 采 用 單 相 電 源 供 電 , 電 源 的 通 斷 由 二 個(gè) 晶 閘 管 反 并 控 制 , 如圖 25 所 示 。圖 25 電 功 率 控 制 電 路這 種 控 制 方 法 的 原 理 是 : 各 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 角 α 恒 為 0186。, 使 得 一 個(gè) 周期 內(nèi) 電 源 均 加 在 電 熱 元 件 上 , 通 過 控 制 一 個(gè) 控 制 周 期 內(nèi) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) ,就 可 控 制 電 熱 元 件 消 耗 的 電 能 。 根 據(jù) 電 熱 爐 的 數(shù) 字 模 型 可 知 , 溫 度 的 增 量 與它 消 耗 的 電 能 成 正 比 , 而 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 與 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 成 正 比 , 因此 , 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n 與 控 制 輸 出 控 制 量 u( k) 的 關(guān) 系 為n=K*u(k)式 中 , K= / 為 比 例 系 數(shù) ( 約 為 1) , 為 一 個(gè) 控 制 周 期 內(nèi) 的 電 源maxntumaxn周 波 數(shù) , 溫 度 偏 差 不 同 , 則 u( k) 、 n 不 同 , 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 亦 不 同 , 達(dá)到 了 根 據(jù) 溫 度 偏 差 調(diào) 節(jié) 輸 入 電 能 , 保 證 爐 溫 按 要 求 變 化 的 目 的 。晶 閘 管 由 正 向 導(dǎo) 通 到 關(guān) 斷 時(shí) , 由 于 空 穴 積 蓄 效 應(yīng) , 晶 閘 管 反 向 阻 斷 能 力的 恢 復(fù) 需 要 一 段 時(shí) 間 。 在 這 段 時(shí) 間 里 , 晶 閘 管 元 件 流 過 反 向 電 流 , 接 近 終 止時(shí) , 很 大 , 它 與 線 路 電 感 共 同 作 用 產(chǎn) 生 的 電 壓 L* 可 能 損 壞 晶 閘tid tid管 , 必 須 采 取 保 護(hù) 措 施 , 在 晶 閘 管 兩 端 并 聯(lián) 阻 容 吸 收 裝 置 。設(shè) 計(jì) 電 路 中 的 元 器 件 的 選 擇 如 下 :( 1) R 和 C 的 選 擇阻 容 吸 收 裝 置 的 參 數(shù) 按 晶 閘 管 ITN 根 據(jù) 經(jīng) 驗(yàn) 值 選 取 為 :R=80Ω C= F 電 容 C 的 交 流 耐 壓 為 : ??? 電 阻 R 的 功 率 應(yīng) 滿 足 :南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)12WXRUPC 086.)(8082*10 2622 ?????? 實(shí) 選 電 容 F/630V 一 只 , 電 阻 80Ω / 一 只 。( 2) 快 速 熔 斷 器 FU 的 選 擇快 速 熔 斷 器 是 專 門 用 來 保 護(hù) 晶 閘 管 的 , 其 熔 體 電 流 按 下 式 選 取 :??式 中 , 5/6 為 修 正 參 數(shù) , 為 保 證 可 靠 與 選 用 方 便 , 一 般 取 。 實(shí) 選TNFI?熔 體 額 定 電 流 為 20A 的 RLS50 螺 旋 式 快 速 熔 斷 器 二 只 , 分 別 與 二 只 晶 閘 管串 聯(lián) , 其 額 定 電 壓 為 500V。( 3) 晶 閘 管 的 選 擇電 阻 爐 的 額 定 功 率 為 4KW, 電 源 電 壓 為 220V, 故 負(fù) 載 電 流IL=。 由 于 每 個(gè) 晶 閘 管 只 導(dǎo) 通 半 個(gè) 電 源 周 波 且 本 系 統(tǒng) 采 用 過 零 觸 發(fā)( α =0176。) , 流 過 每 個(gè) 晶 閘 管 的 平 均 電 流 為 。 關(guān) 斷 時(shí) , 承 受 正 反 向 峰值 電 壓 為 , 考 慮 到 晶 閘 管 的 過 載 能 力 小 及 環(huán) 境 溫 度 的 變 化 等 因 素 ,V晶 閘 管 的 額 定 電 流 應(yīng) 為 :~)~(??額 定 電 壓 應(yīng) 為 :TUVTN960)(根 據(jù) 以 上 計(jì) 算 , 主 回 路 的 二 只 晶 閘 管 選 擇 為 KP2010(參 數(shù) 為 :20A, 1KV, , 3V) 脈 沖 輸 出 通 道由 于 PLC 有 很 強(qiáng) 的 抗 干 擾 性 和 可 靠 性 , 且 FX2N48MR001 為 繼 電 器 輸出 ——2A/1 點(diǎn) ( KP2010 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 流 和 電 壓 分 別 為 和 3V) ,因 而 FX2N48MR001 的 輸 出 點(diǎn) 能 可 靠 地 觸 發(fā) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 , 而 無 須 設(shè) 計(jì) 光 電隔 離 和 功 率 放 大 。 脈 沖 輸 出 通 道 電 路 如 圖 26 所 示 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)13圖 26 脈 沖 輸 出 通 道圖 中 , 初 始 時(shí) , Y0 和 Y1 都 為 低 電 平 , 當(dāng) 系 統(tǒng) 檢 測(cè) 到 從 X0 輸 入 的 同 步 信號(hào) 為 高 ( 低 ) 電 平 時(shí) , Y0( Y1) 由 低 電 平 變 高 電 平 , 輸 出 電 流 值 為 2A 的觸 發(fā) 電 流 , 去 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT1( VT2) 導(dǎo) 通 ; 當(dāng) X0 從 高 電 平 變 低 電 平 ( 從低 電 平 變 高 電 平 ) 時(shí) , Y0( Y1) 脈 沖 結(jié) 束 , 電 路 恢 復(fù) 為 初 態(tài) 。 報(bào) 警 指 示 與 顯 示 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 , 報(bào) 警 指 示 電 路 設(shè) 計(jì) 了 一 個(gè) 恒 溫 指 示 ( 綠 燈 ) 燈 、 故 障 報(bào) 警( 紅 燈 ) 和 輸 入 出 錯(cuò) 報(bào) 警 ( 黃 燈 ) , 完 成 指 示 、 報(bào) 警 功 能 。 顯 示 電 路 由Y10~Y23 經(jīng) 過 三 個(gè) BCD七 段 共 陰 數(shù) 碼 管 譯 碼 器 74LS248, 外 接 三 個(gè) 七 段LED 數(shù) 碼 管 ( 帶 ) 完 成 顯 示 功 能 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 27 所 示 。圖 27 報(bào) 警 指 示 與 顯 示 電 路 復(fù) 位 電 路復(fù) 位 電 路 由 一 個(gè) 開 關(guān) SB12 完 成 開 /關(guān) 功 能 , 當(dāng) 按 下 開 關(guān) SB12 時(shí) 系 統(tǒng)啟 動(dòng) , 正 常 運(yùn) 行 , 執(zhí) 行 任 務(wù) ; 當(dāng) 斷 開 SB12 時(shí) , 系 統(tǒng) 停 止 運(yùn) 行 , 不 執(zhí) 行 任何 任 務(wù) 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 28 所 示 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)14圖 28 復(fù) 位 電 路第 三 章 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì)PLC 程 序 輸 入 可 以 通 過 手 持
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