PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng)機電一體化畢業(yè)論文

河南職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）題 目 PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 系（分院）機電工程系 學生姓名 學 號 專業(yè)名稱 機電一體化 指導教師 2012年 11月 26日河南職業(yè)技術學院 機電工程 系（分院）畢業(yè)設計（論文）任務書姓 名 專 業(yè)機電一體化班 級102畢業(yè)設計（論文）題 目PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng)畢業(yè)設計（論文）選題的目的與意義 此項畢業(yè)設計圍繞電茶爐展開，設計運用到PLC技術、傳感器技術、機械設計技術、電工電子技術，將多項技術經過有機的結合構思設計出了電茶爐恒溫 供水系統(tǒng)。將自動化技術應用與自動燒茶供水的系統(tǒng)中會給社會公共場合的人們 提供極大的便利，例如在醫(yī)院、學校宿舍、賓館等地方安裝這項系統(tǒng)產品并加以 推廣，這將會成為人類生活中必不可少的一項基礎設施。畢業(yè)設計（論文）的資料收集情況（含指定參考資料）冀建平：PLC原理與應用.清華大學出版社.西門子（中國）有限公司.S7-200可編程器系統(tǒng)手冊.2005.游英杰：機電一體化專業(yè)必備知識與技能手冊.孫平:電氣控制與PLC.張存禮 周樂挺：傳感器原理應用.北京師范大學出版社.李偉：電工電子技術及實訓.中國電力出版社.畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃2012年11月16日得知畢業(yè)設計范圍及計劃。2012年11月19日確定題目。2012年11月19日-27日查閱相關資料并整理完成交給老師批閱。2012年12月1 日-6 日根據老師批語修改論文，完成論文設計交給老師。接受任務日期 2012 年 10 月15 日要求完成日期 2013 年 3 月 1日學 生簽名： 2012年12 月6日 指導教師簽名：年 月 日 系（分院）主任（院長）簽名：年 月 日畢業(yè)設計（論文）答辯意見表畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱意見表姓 名 學 號 性 別 專 業(yè)機電一體化班 級102畢業(yè)設計（論文）題 目PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng)評閱意見成績指導教師簽字年 月 日畢業(yè)設計（論文）答辯意見表姓 名 學 號 性 別 專 業(yè)機電一體化班 級102畢業(yè)設計（論文）題 目PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng)答辯時間地 點答辯小組成員姓 名職 稱學 歷從事專業(yè)組 長成 員秘 書答辯小組意見 答 辯 成 績：答辯小組組長簽名：年 月 日14PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 摘要：隨著我國經濟的高速發(fā)展，自動控制技術也得到了迅猛發(fā)展，將自動化技術應用與自動燒茶供水的系統(tǒng)中會給社會公共場合的人們提供極大的便利，設計這項系統(tǒng)產品并加以推廣，這將會成為人類生活中必不可少的一項基礎設施。本文利用西門子S7-200可編程控制器編寫的一個電茶爐恒溫供水的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)熱水自動化不間斷提供，溫度可控。該設計主要分析并敘述了PLC的特點，并加以在恒溫供水系統(tǒng)中得到應用。關鍵詞：PLC 電茶爐 自動控制一、PLC介紹隨著科技的發(fā)展，工業(yè)控制的自動化程度不斷提高，以微處理器為核心組成的可編程序控制器（PLC）得到了廣泛的應用。只要把預定的控制任務編成程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據各種指令，經過模擬量、數字量等輸入輸出部件對生產過程和設備進行控制。 S7200可編程控制器是德國西門子公司研制的一種新型可編程控制器。如圖1所示。它工作可靠，功能強，存儲容量大，編程方便，輸出端可直接驅動2A的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強。S7-200系列小型PLC(Micro PLC)可應用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結構,低廉的成本及功能強大的指令集使得S7-200 PLC成為各種小型控制任務理想的解決方案。圖1 西門子S7-200PLC外觀PLC在恒溫供水系統(tǒng)中應用也比較廣泛。雖然單片機，DSP等微型控制器已經在恒溫供水系統(tǒng)中嶄露頭角，但是作為一種編程簡單，性能穩(wěn)定可靠的控制器，同樣也得到了很多設計者的廣泛認可。PLC作為主控制器，一方面要采集水溫、水深、蒸汽壓力的各種輸入信號，一方面輸出控制水泵，保持水箱始終有一定高度的水，一方面控制電動蒸汽閥門，控制蒸汽的進入量從而控制水溫。 二、恒溫供水系統(tǒng)的具體介紹1、恒溫供水系統(tǒng)的組成 現(xiàn)代恒溫供水系統(tǒng)主要由水箱、水泵、電磁閥、加熱器、傳感器、控制器、顯示器、保護器等部分組成。 水箱 :用于儲存水源，同時也可以是加熱的器皿。 水泵：用于加水，送水。電磁閥：用于控制管路的通斷。 加熱器:可有太陽能，電能，蒸汽能等幾種加熱方式。 傳感器有：壓力傳感器、溫度傳感器等。 控制器：PLC、單片機、DSP等可編程控制器。 顯示器：液晶、或者簡單的LED進行顯示。安全保護系統(tǒng)：保證安全供水使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由防漏電、防過熱、防溢水等保護裝置組成。2、恒溫供水系統(tǒng)的原理 (1)恒溫供水系統(tǒng)的結構原理 恒溫供水系統(tǒng)主要由水箱、水泵、電磁閥、加熱器、傳感器、控制器、顯示裝置、保護器等部分組成。如圖2所示。圖2 恒溫供水系統(tǒng)結構圖(2) 恒溫供水系統(tǒng)的工作原理PLC作為主控制器，一方面要采集水溫、水深、蒸汽壓力的各種輸入信號，一方面輸出控制水泵，保持水箱始終中有一定高度的水，一方面控制水泵，和加熱器給入量從而控制水溫。 3、恒溫供水PLC控制系統(tǒng)的功能分析 整個供水控制系統(tǒng)的組成由核心控制元件PLC、水箱、水泵、電磁閥、加熱器、控制器、顯示器、保護器等部分組成。PLC得到傳感器的信息，水位過低時關閉加熱器，開啟水泵加水，當水到一定程度停止加水。有水時檢測水溫如果水溫過低時，開啟加熱器加熱，加熱到設定溫度時停止加熱，當按鍵按下按鈕時停止加熱。4、恒溫供水PLC控制系統(tǒng)的解決思路恒溫供水系統(tǒng)電氣部分的主要組成就是水泵，信號采集主要是靠壓力傳感器和溫度傳感器。如何合理的設置和使用這些資源，對于解決這類問題至關重要設計中首先要了解控制對象的特點，從而確定有關的PLC輸入、輸出點的選擇。對于PLC的控制，要解決的主要問題包括以下幾個方面：停止加熱按扭的設置；傳感器檢測；進水、出水水泵控制；確定控制的邏輯。 通過上述問題的分析，可以完成對所需PLC的控制點數的選擇，同樣作為一個邏輯控制為主的系統(tǒng)，需要將被控電機作為唯一的控制目標，所有的邏輯實現(xiàn)都是針對這一目標進行的，而對此目標的控制又分成了進水泵和出水泵還有加熱器。當傳感器動作時，根據監(jiān)測到的上行或下行指令給出相應的信號，從而控制水泵的驅動電機進行相應的動作和控制加熱器工作。當有停止加熱信號到達時，執(zhí)行方式為優(yōu)先響應加熱器停止。三、恒溫供水系統(tǒng)的硬件設計1、控制器的選擇PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數選型。 整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的 輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合， 但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。 PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。通過分析，可以得出此恒溫供水程序實現(xiàn)運行時需使用5個輸入和3個輸出，又對PLC機型的選擇作了詳細分析可得出對于電茶爐恒溫供水系統(tǒng)可以選用一些小型PLC來實現(xiàn)，如德國西門子S7-200系列的PLC。2、傳感器的選擇溫度傳感器我們可以選擇穩(wěn)定的PT100傳感器pt100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。PT100配合電位器，經三極管放大驅動繼電器應用繼電器的開關量來輸入PLC。同時調節(jié)電位器也起到了調節(jié)水溫的作用。這樣兩對PT100就可以實現(xiàn)水溫的控制。分別設置好兩個電位器就可以使得PLC在兩個不同的溫度收到兩個不同的開關量輸入信號，如圖3。同時輸入繼電器也對PLC起到保護作用，如果加熱器漏電或著遇到過電壓比如雷擊，此時輸入繼電器可以對PLC設備起到保護作用。圖3 測溫電路圖3、PLC外部硬件電路的設計綜上分析，可設計出恒溫供水控制系統(tǒng)的PLC配置示意圖如下: 圖 4 PLC輸出控制示意圖 四、恒溫供水系統(tǒng)的軟件設計1、PLC輸入輸出點數的確定電茶爐恒溫供水自動控制設計思路：水面低且加熱器未工作狀態(tài)下進水泵自動工作；水面高于設定值進水泵自動停止工作；水溫低于設置最低溫度且水量足狀態(tài)下加熱器自動工作；水溫達到設置最高溫，加熱器自動停止工作。同時設置了三個手動按鈕：停止加熱按鈕用于隨時停止加熱器工作；加水按鈕用于隨時讓進水泵工作；加熱按鈕用于當水量足且水溫大于最低溫度但未達到最高溫時隨時啟動加熱器工作。通過以上分析設計對這一控制功能必須的信號進行設置，主要是完成PLC輸入輸出點數的確定。(1)輸入信號設置PLC的輸入 表1 控制系統(tǒng)輸入點分配表： 序號名稱輸入點0停止加熱按鈕I0.01水面低I0.12水面高I0.23水溫低90I0.34水溫高100I0.45出水按鈕I0.56手動加水按鈕I0.67手動加熱按鈕I0.78熱繼電器輔助觸頭I1.0(2)輸出信號設置PLC的輸出 表2 控制系統(tǒng)輸出點分配表：序號名稱輸出點0進水泵工作Q0.01出水泵工作Q0.12加熱器工作Q0.22、程序流程圖以下是根據西門子S7-200系統(tǒng)設計的恒溫供水的程序流程圖（圖5）。 圖5 程序流程圖3、程序梯形圖圖6 程序梯形圖五、恒溫供水系統(tǒng)調試及結果1、電茶爐供電，傳感器檢測到水箱中水面低，傳感器將信號輸入PLC I0.1端，PLC控制進水泵工作自動向水箱中加水，當水面達到一定程度，傳感器收到信號并將信號輸入PLC I0.2端，PLC控制進水泵停止工作，同時PLC控制加熱器工作。2、水箱中水溫達到設置最高溫度100時，傳感器收到信號并將信號輸入PLC I0.4端，PLC控制加熱器停止工作。3、按住出水按鈕，將有信號輸入PLC I0.5端，PLC控制出水泵工作，流出熱水，當不按出水按鈕時，出水泵停止工作。4、水箱中水溫下降，但并未低于設置最低溫度時，按下加熱按鈕，信號輸入PLC I0.7端，PLC控制加熱器工作，當水溫達到設置最高溫度時，加熱器停止工作。5、水箱中水溫下降且低于設置最低溫度90時 ，傳感器收到信號并將信號輸入PLC I0.3端，PLC控制加熱器工作，當水溫達到最高溫度時，加熱器停止工作。6、當水箱中水少，但并未達到最低水面，按下加水按鈕，將有信號輸入PLC I0.6端，PLC控制進水泵工作，當水面達到最大液面時PLC控制進水泵停止工作。7、以上加熱器工作時，按下停止加熱按鈕，將有信號輸入PLC I0.0端，PLC控制加熱器停止工作。 通過上述步驟調試，結果表明電茶爐恒溫供水系統(tǒng)能正常工作，能實現(xiàn)自動控制，并且設計的有手動控制按鈕，人們也可以手動控制該系統(tǒng)，十分方便。結束語通過這次設計使我學會如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學會將理論很好地聯(lián)系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕易言棄。參考文獻：冀建平：PLC原理與應用.清華大學出版社.西門子（中國）有限公司.S7-200可編程器系統(tǒng)手冊.2005.游英杰：機電一體化專業(yè)必備知識與技能手冊. 孫平:電氣控制與PLC.張存禮 周樂挺：傳感器原理與應用.北京師范大學出版社.李偉：電工電子技術及實訓.中國電力出版社.