PLC控制的电茶炉恒温供水系统机电一体化毕业论文.doc

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1、 河南职业技术学院毕业设计（论文）题 目 PLC控制的电茶炉恒温供水系统 系（分院）机电工程系 学生姓名 学 号 专业名称 机电一体化 指导教师 2012年 11月 26日河南职业技术学院 机电工程 系（分院）毕业设计（论文）任务书姓 名 专 业机电一体化班 级102毕业设计（论文）题 目PLC控制的电茶炉恒温供水系统毕业设计（论文）选题的目的与意义 此项毕业设计围绕电茶炉展开，设计运用到PLC技术、传感器技术、机械设计技术、电工电子技术，将多项技术经过有机的结合构思设计出了电茶炉恒温 供水系统。将自动化技术应用与自动烧茶供水的系统中会给社会公共场合的人们 提供极大的便利，例如在医院、学校宿舍

2、、宾馆等地方安装这项系统产品并加以 推广，这将会成为人类生活中必不可少的一项基础设施。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）冀建平：PLC原理与应用.清华大学出版社.西门子（中国）有限公司.S7-200可编程器系统手册.2005.游英杰：机电一体化专业必备知识与技能手册.孙平:电气控制与PLC.张存礼 周乐挺：传感器原理应用.北京师范大学出版社.李伟：电工电子技术及实训.中国电力出版社.毕业设计（论文）工作进度计划2012年11月16日得知毕业设计范围及计划。2012年11月19日确定题目。2012年11月19日-27日查阅相关资料并整理完成交给老师批阅。2012年12月1 日-6

3、日根据老师批语修改论文，完成论文设计交给老师。接受任务日期 2012 年 10 月15 日要求完成日期 2013 年 3 月 1日学 生签名： 2012年12 月6日 指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名 学 号 性 别 专 业机电一体化班 级102毕业设计（论文）题 目PLC控制的电茶炉恒温供水系统评阅意见成绩指导教师签字年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名 学 号 性 别 专 业机电一体化班 级102毕业设计（论文）题 目PLC控制的电茶炉恒温供水系统答辩时间地 点答辩小组成员姓 名职 称学

4、 历从事专业组 长成 员秘 书答辩小组意见 答 辩 成 绩：答辩小组组长签名：年 月 日PLC控制的电茶炉恒温供水系统 摘要：随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，将自动化技术应用与自动烧茶供水的系统中会给社会公共场合的人们提供极大的便利，设计这项系统产品并加以推广，这将会成为人类生活中必不可少的一项基础设施。本文利用西门子S7-200可编程控制器编写的一个电茶炉恒温供水的控制系统，实现热水自动化不间断提供，温度可控。该设计主要分析并叙述了PLC的特点，并加以在恒温供水系统中得到应用。关键词：PLC 电茶炉 自动控制一、PLC介绍随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以

5、微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 S7200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。如图1所示。它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。S7-200系列小型PLC(Micro PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑的结构,低廉的成本及功能强大的指令集使得S7-200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。图1 西门子S7-200PLC外观PLC在恒温供

6、水系统中应用也比较广泛。虽然单片机，DSP等微型控制器已经在恒温供水系统中崭露头角，但是作为一种编程简单，性能稳定可靠的控制器，同样也得到了很多设计者的广泛认可。PLC作为主控制器，一方面要采集水温、水深、蒸汽压力的各种输入信号，一方面输出控制水泵，保持水箱始终有一定高度的水，一方面控制电动蒸汽阀门，控制蒸汽的进入量从而控制水温。 二、恒温供水系统的具体介绍1、恒温供水系统的组成 现代恒温供水系统主要由水箱、水泵、电磁阀、加热器、传感器、控制器、显示器、保护器等部分组成。 水箱 :用于储存水源，同时也可以是加热的器皿。 水泵：用于加水，送水。电磁阀：用于控制管路的通断。 加热器:可有太阳能，电

7、能，蒸汽能等几种加热方式。 传感器有：压力传感器、温度传感器等。 控制器：PLC、单片机、DSP等可编程控制器。 显示器：液晶、或者简单的LED进行显示。安全保护系统：保证安全供水使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由防漏电、防过热、防溢水等保护装置组成。2、恒温供水系统的原理 (1)恒温供水系统的结构原理 恒温供水系统主要由水箱、水泵、电磁阀、加热器、传感器、控制器、显示装置、保护器等部分组成。如图2所示。图2 恒温供水系统结构图(2) 恒温供水系统的工作原理PLC作为主控制器，一方面要采集水温、水深、蒸汽压力的各种输入信号，一方面输出控制水泵，保持水箱始终中有一定高度的水，一方面控制水泵

8、，和加热器给入量从而控制水温。 3、恒温供水PLC控制系统的功能分析 整个供水控制系统的组成由核心控制元件PLC、水箱、水泵、电磁阀、加热器、控制器、显示器、保护器等部分组成。PLC得到传感器的信息，水位过低时关闭加热器，开启水泵加水，当水到一定程度停止加水。有水时检测水温如果水温过低时，开启加热器加热，加热到设定温度时停止加热，当按键按下按钮时停止加热。4、恒温供水PLC控制系统的解决思路恒温供水系统电气部分的主要组成就是水泵，信号采集主要是靠压力传感器和温度传感器。如何合理的设置和使用这些资源，对于解决这类问题至关重要设计中首先要了解控制对象的特点，从而确定有关的PLC输入、输出点的选择。

9、对于PLC的控制，要解决的主要问题包括以下几个方面：停止加热按扭的设置；传感器检测；进水、出水水泵控制；确定控制的逻辑。 通过上述问题的分析，可以完成对所需PLC的控制点数的选择，同样作为一个逻辑控制为主的系统，需要将被控电机作为唯一的控制目标，所有的逻辑实现都是针对这一目标进行的，而对此目标的控制又分成了进水泵和出水泵还有加热器。当传感器动作时，根据监测到的上行或下行指令给出相应的信号，从而控制水泵的驱动电机进行相应的动作和控制加热器工作。当有停止加热信号到达时，执行方式为优先响应加热器停止。三、恒温供水系统的硬件设计1、控制器的选择PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装

10、和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的 输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁

11、，电感性低功率因数负荷场合， 但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。通过分析，可以得出此恒温供水程序实现运行时需使用5个输入和3个输出，又对PLC机型

12、的选择作了详细分析可得出对于电茶炉恒温供水系统可以选用一些小型PLC来实现，如德国西门子S7-200系列的PLC。2、传感器的选择温度传感器我们可以选择稳定的PT100传感器pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0时阻值为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值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。PT100配合电位器，经三极管放大驱动继电器应用继电器的开关量来输入PLC。同时调节电位器也起到了调节水温的作用。这样两对PT100就可以实现水温的控制。分别设置好两个电位器就可以使得P

13、LC在两个不同的温度收到两个不同的开关量输入信号，如图3。同时输入继电器也对PLC起到保护作用，如果加热器漏电或着遇到过电压比如雷击，此时输入继电器可以对PLC设备起到保护作用。图3 测温电路图3、PLC外部硬件电路的设计综上分析，可设计出恒温供水控制系统的PLC配置示意图如下: 图 4 PLC输出控制示意图 四、恒温供水系统的软件设计1、PLC输入输出点数的确定电茶炉恒温供水自动控制设计思路：水面低且加热器未工作状态下进水泵自动工作；水面高于设定值进水泵自动停止工作；水温低于设置最低温度且水量足状态下加热器自动工作；水温达到设置最高温，加热器自动停止工作。同时设置了三个手动按钮：停止加热按钮

14、用于随时停止加热器工作；加水按钮用于随时让进水泵工作；加热按钮用于当水量足且水温大于最低温度但未达到最高温时随时启动加热器工作。通过以上分析设计对这一控制功能必须的信号进行设置，主要是完成PLC输入输出点数的确定。(1)输入信号设置PLC的输入 表1 控制系统输入点分配表： 序号名称输入点0停止加热按钮I0.01水面低I0.12水面高I0.23水温低90I0.34水温高100I0.45出水按钮I0.56手动加水按钮I0.67手动加热按钮I0.78热继电器辅助触头I1.0(2)输出信号设置PLC的输出 表2 控制系统输出点分配表：序号名称输出点0进水泵工作Q0.01出水泵工作Q0.12加热器工作

15、Q0.22、程序流程图以下是根据西门子S7-200系统设计的恒温供水的程序流程图（图5）。 图5 程序流程图3、程序梯形图图6 程序梯形图五、恒温供水系统调试及结果1、电茶炉供电，传感器检测到水箱中水面低，传感器将信号输入PLC I0.1端，PLC控制进水泵工作自动向水箱中加水，当水面达到一定程度，传感器收到信号并将信号输入PLC I0.2端，PLC控制进水泵停止工作，同时PLC控制加热器工作。2、水箱中水温达到设置最高温度100时，传感器收到信号并将信号输入PLC I0.4端，PLC控制加热器停止工作。3、按住出水按钮，将有信号输入PLC I0.5端，PLC控制出水泵工作，流出热水，当不按出

16、水按钮时，出水泵停止工作。4、水箱中水温下降，但并未低于设置最低温度时，按下加热按钮，信号输入PLC I0.7端，PLC控制加热器工作，当水温达到设置最高温度时，加热器停止工作。5、水箱中水温下降且低于设置最低温度90时 ，传感器收到信号并将信号输入PLC I0.3端，PLC控制加热器工作，当水温达到最高温度时，加热器停止工作。6、当水箱中水少，但并未达到最低水面，按下加水按钮，将有信号输入PLC I0.6端，PLC控制进水泵工作，当水面达到最大液面时PLC控制进水泵停止工作。7、以上加热器工作时，按下停止加热按钮，将有信号输入PLC I0.0端，PLC控制加热器停止工作。 通过上述步骤调试，

17、结果表明电茶炉恒温供水系统能正常工作，能实现自动控制，并且设计的有手动控制按钮，人们也可以手动控制该系统，十分方便。结束语通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。参考文献：冀建平：PLC原理与应用.清华大学出版社.西门子（中国）有限公司.S7-200可编程器系统手册.2005.游英杰：机电一体化专业必备知识与技能手册. 孙平:电气控制与PLC.张存礼 周乐挺：传感器原理与应用.北京师范大学出版社.李伟：电工电子技术及实训.中国电力出版社.