编号: 毕业论文(设计)题目基于PLC温度控制系统的设计指导教师学生姓名学号专业自动化教学单位机电工程学院毕业论文（设计）开题报告书德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程学院专业：自动化 2014 年 4月 7日目录1引言 (2)1.1课题背景以及研究的目的、意义 (2)1.2温控系统的现状 (2)1.3项目研究内容 (3)2系统硬件设计 (4)2.1 PLC选择 (4)2.2 硬件电路设计 (7)3 系统软件设计 (13)3.1 编程与通信软件的使用 (14)3.2 程序设计 (14)3.3 系统程序流程图 (15)3.4 控制系统控制程序的开发 (16)4系统的仿真和运行测试 (25)4.1 组态王的运行 (25)4.2 实时曲线的观察 (26)4.3 分析历史趋势曲线 (27)4.4 编辑数据的报表 (27)4.5系统稳定性测试及最终评估 (27)参考文献 (29)谢辞 (30)附录一三菱FX系列PLC指令一览表 (30)附录二系统程序（梯形图） (32)基于PLC温度控制系统的设计（德州学院机电工程学院，山东德州253023）摘要：本文主要介绍了基于日本三菱公司FX2N系列的可编程控制器从而进行硬件设计和软件设计，进而完成了一个完整的关于炉温控制系统的设计方案。
该设计编程时调用了PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。
在软件上，则是通过利用比较新型的三菱专用软件三菱（PLC）GX Developer 8.86Q，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。
实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。
关键词：温度控制；可编程控制器；三菱FX2N；PID控制模块1引言1.1课题背景以及研究的目的、意义进入21世纪后，我国社会的各项发展突飞猛进,世界的技术更是日新月异，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,也无法保证高质量的要求，更不能提升高新技术企业的形象。
在各种控制领域中，温度控制在电子业、机械业、冶金业等工业领域应用非常广泛。
由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。
近年来，温度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
目前,仍有部分工业和企业生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,造成工艺要求不达标、装备运行成本费用高、产品品质低下，严重影响企业的经济效益，急需进行技术的改造。
目前，在我国的工业控制自动化领域中，可编程控制器（PLC）则在社会的发展中以其拥有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等各种优点获得了广大的好评，因此被各种自动控制设计者应用于现代工业的自动控制之中。
在现代的各种工业控制中,设计者通常会选用可编程控制器（PLC）作为自动设备的控制系统,用该系统进行相应的数据采集与处理、逻辑判断、输出控制等。
可编程控制器（PLC）在控制中还能够根据设计要求的需求进行一定的扩展输入输出模块，最终能够组成不同的控制系统，并且可以最终将模拟量输入输出的控制和现代控制的方法互相融为一体，实现各种功能一体的综合控制。
现代社会的发展可编程控制器（PLC）正在以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到广大社会的普遍欢迎，在各种的工业的现代化控制中发挥着其独有的重要作用,并且对温度控制尤其适合。
1.2温控系统的现状在我国，自改革开放以来，我国的工业由于飞速的发展，各种工业过程控制急需发展，同时，面对世界的控制发展，尤其是在电子技术和计算机技术的迅猛发展下，对自动控制和自动设计的方面都有了重大的推动。
对于我国的国内温度控制系统的发展方面，也有了重大的突破。
当然相对于在自适应、参数自整定等方面面对一些发达国家还是有很大的差距，在这几个方面，则以美国、德国、瑞典等国的技术比较领先，都自主的生产出了一批性能优越，操作简便的温度控制器及仪器仪表,并在世界的各行有了广泛的应用。
目前,我国发展的比较成熟的产品其实主要以“点位”控制及很普通的PID控制器为主,这种控制系统的性能很低，在一些温度控制中，其只能适应很普通的温度控制。
对于一些复杂、控制滞后、时变温度系统的控制，我国的产品就会感觉很乏力。
在许多的工业控制中，更需要一些智能化，自适应控制仪表等高性能的控制器。
但是随着我国经济的快速发展，控制能力的不足已经引起了我国政府及一些大企业的重视，并不断地进行自主更新，并且取得一些良好的产品效应。
通过一系列的有力措施，目前看来我国在一些温度仪表，温度控制等重要的工业中已经得到了比较迅速的发展。
随着社会生活的高速的发展，人们在生活和生产中对温度控制系统的要求也变得越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。
1.3项目研究内容可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术等三种不同的但有关联的技术为一体的自动控制装置。
可编程控制器(PLC)性能非常的优越，现在已经被广泛的应用到工业控制的多种领域，并且已经成为了工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。
可编程控制器(PLC)的应用已成为工业潮流中不可缺少的一员，随着社会的发展，相信可编程控制器(PLC)技术在我国将得到更为全面的推广和应用。
本篇的论文研究的就是可编程控制器(PLC)技术在锅炉的温度监控系统上的一种比较先进的自动控制应用。
该论文是从整体上分析了、研究了控制系统的硬件的设计、电路图的设计、程序的设计，以及控制算法的选择和参数的整定等各种具体详细的设计。
本篇的论文就是通过三菱FX2N PLC控制器，运用这种温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，然后会经过模拟量的输入模块转换成为数字量信号并送到PLC中进行PID 调节，然后PID的控制器输出量会转化成占空比，通过固态继电器控制炉子的加热的通断来实现对炉子最终的温度的控制。
同时，在通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面的监控，从而会让使用的用户操作更为方便。
2系统硬件设计2.1 PLC选择我们设计方案的要求，可以分析得出:该设计以开关量控制为主，同时具有部分模拟量控制的应用系统。
系统设计需要使用13个输入端口和17个输出端口，另外还需要一个A/D转换器来完成温度采样,所以应该选用一个控制系统功能比较稳定的控制器。
经过多重考虑和比较，我们最终决定选用三菱的FX系列可编程控制器中的FX2N-48MR-001（基本I/O点数为24），同时还选用了一个A/D转换器来完成温度采样系统。
因为三菱的FX系列可编程控制器既是我们所学所用的PLC，同时三菱FX系列可编程控制器中的FX2N-48MR-001的性价比很高，实施起来也比较方便。
2.1.1三菱的FX系列PLCFX系列PLC具有庞大的发展体系。
主机系列就有：FX0、FX 0S、FX 0N、FX1、 FX2、FX2C、 FX2N、FX2NC共9个系列。
在这9个系列中又分为多种不同的机型。
其中FX2N PLC 是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。
根据FX2N系列可编程序控制器的型号和相关数据，我们最终决定选择FX2N-48MR-001型号的控制器。
我们所选用的FX2N系列可编程控制器中的FX2N-48MR-001，它由基本单元、扩展单元、扩展模块等构成。
该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FX2N—48MR-D 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。
三菱FX2N—48MR-D PLC内部构造数据如下：（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1和表2（8）数据寄存器D（D0-D8255）（D0-D199为通用型）表1 定时器中断标号指针表输入编号中断周期（ms）中断禁止特殊辅助继电器M8056I6XX 在指针名称的XX部分中，输入10-99的整数。
I610为每10ms执行一次定时器中断I7XX M8057I8XX M8058表2 输入中断标号指针表输入编号指针编号中断禁止特殊辅助继电器上升中断下降中断X0 I001 I000 M8050X1 I101 I100 M8051X2 I201 I200 M8052X3 I301 I300 M8053X4 I401 I400 M8054X5 I501 I500 M8055注：M8050-M8058=“0”表允许；M8050-M8058=“1”表禁止。
2.1.2 FX2N-4AD 特殊功能模块FX2N-4AD是作为模拟量输入模块, FX2N-4AD有四个模拟量输入通道（分别为CH1、CH2、CH3和CH4），每个通道都可独立进行A/D转换，将模拟量信号转换成数字量信号，其分辨率为12位。
其模拟量输出性能如表3所示。
表3 模拟量输出性能表项目电压输入电流输入电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可使用4个输入点模拟量输入范围DC ：-10～+10V（输入电阻200KΩ）（注意：若输入电压超过±15V，单元会被损坏）DC ：-20～+20mA（输入电阻250Ω）（注意：若输入电流超过±32mA，单元会被损坏）数字输出12位的转换结果以16位二进制补码方式存储（-2048-+2047）分辨率5mV 20μA总体精度±1%（对于-10～+10V范围）±1%（对于-20～+20mA范围）转换速度15ms/通道（常速）6ms/通道（高速）所有这些数据的转换和参数设置的调整都是可以通过FROM/TO的指令进行的完成。
除此之外的，我们还同时在编程过程中很注意的用到了BFM 数据缓冲存储器，具体分布情况如下表4所示。
表4 BFM 数据缓冲存储器分布表BFM 编号 内容#0 通道初始化，缺省值=H0000#1 通道1 存放采样值（1～4096），用于得到平均结果。
缺省值设为8（正常速度），高速操作可选择1#2 通道2 #3 通道3 #4 通道4 #5 通道1 缓冲器#5～#8独立存储通道CH1～CH4平均输入采样值#6 通道2 #7 通道3 #8 通道4 #9 通道1 这些缓冲区用于存放每个输入通道读入的当前值 #10 通道2 #11 通道3 #12 通道4 #13-#14 保留#15 选择A/D 转换速度 BFM #16-#19 保留#20 复位到缺省值和预设，缺省值=0#21 禁止调整偏差、增益值，缺省值=（0，1）允许 #22 偏移，增益调整 #23 偏移值，缺省值=0 #24 增益值，缺省值=5000 #25-#28 保留 #29 错误状态 #30 识别码 #31不能使用通道的选择：在BFM#0中写入十六进制4位数字HXXXX 进行A/D 模块的初始化，最低位数字控制为CH1，最高位数字控制为CH4，在该通道中的各位数字的具体含义如下： X=0时设定输入范围为-10V ～+10V ；并且当X=1时，设定输入范围为+4mA ～+20mA ；X=2时，设定输入范围为-20mA ～+20mA ；X=3时，关断通道。