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1、基于PLC实现的水温控制XXX（陕西理工学院 电气工程系 自动化专业，2007级2班，陕西 汉中 723003）指导教师：XXX摘要 针对工农业生产中现有的水温控制系统可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。我们利用三菱FX0N60-MR型PLC构建了一个水温控制系统对这一问题进行了研究。在整个控制系统中以电阻炉作为被控对象，以水温为被控变量，以三菱FX0N60-MR型PLC为控制器，输入部分外加光电耦合器，并用按键和数码管构建了人机接口设置目标温度；控制算法的选择经过对模糊控制和PID算法的实验对比，最终选择采用PID。PLC程序利用梯形图编程语言进行编写。在系统搭建完成后我们利用试凑法，通过大
2、量实验对PID控制器的参数进行了优化，进过测试系统能够达到设计要求。除此之外该系统还具有硬件结构简单、系统可靠性高、制作成本低廉、控制器参数易于调试等优点。能够利用小型PLC实现对水温较高精度的控制。关键词PLC 温度控制 PIDPLC-based temperature control to achieveLiao zhong lin(Grade 07,Class2,Major Automation ，Department of Electrical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Tu
3、tor: Liu pei Abstract According to the existing water temperature in the industry and agriculture production control system reliability, low cost, high control precision poor shortcomings. We use mitsubishi FX0N60-MR type PLC has constructed a water temperature control system for this problem is stu
4、died. In the whole control system to resistance furnace as controlled object to water temperature as controlled variables, the mitsubishi FX0N60-MR type PLC as the controller, input part plus photoelectric couplers, buttons and digital tube and constructing the man-machine interface set target tempe
5、rature; The choice of control algorithm based on fuzzy control and PID algorithm experimental, finally choosing PID. PLC program use ladder diagram programming language to write. After the completion of the structures in the system we use trail-and-error, through a large number of experiments of PID
6、 controller parameters are optimized, the test system can meet the design requirements. Besides this system also has the hardware structure is simple, system reliability high, production cost is low, and the controller parameters is easy to debug, etc. Can use small PLC to control the water temperat
7、ure higher accuracy. Key words PLC temperature control PID 目 录绪论11设计方案的论证21.1 PLC的选型21.1.1常用PLC的特点比较21.1.2本设计PLC的选型31.2控制方案的选择31.2.1采用模糊控制的温度控制31.2.2采用PID算法的温度控制31.2.3 控制方案的选择42硬件电路的设计52.1 PLC硬件资源分配设计52.2 温度传感器82.2.1 利用温度变送器采集82.2.2 利用DS18B20采集82.3 输入部分电路设计102.3.1 设置输入部分电路设计102.3.2 AD转换结果输入部分电路设计102
8、.4输出部分电路设计103系统软件的设计133.1 PLC编程语言简介133.2输入部分程序设计153.3 显示部分程序153.4 PID运算部分程序设计154系统的调试194.1硬件调试194.2软件调试194.1软硬件联合调试194.3实验数据19参考文献20英语科技文献翻译21附录34附录A：源程序34附录B：元器件清单37附录C：电路总图38附录D：实物图39致 谢40绪论温度控制系统在各行各业的应用虽然很广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高。工农业生产中现有的温度控制系统存在着可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。同美国、日本、欧洲等先进国家和地区相比仍然有着很大的
9、差距。目前，我国在这方面总体水平处于很落后水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适用于一般的温度系统的控制，难以控制滞后、复杂、时变温度系统控制。对于要求较高的控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内还不十分成熟。现状中的问题主要体现在以下两个方面：位式调节器依然占主导地位。工业现场对温度控制，常用有位式调节器和PID控制器等。位式调节器作为一种温度控制仪表，具有一些无法消除的缺陷，当炉温大于给定值时不加电压，会导致超调大，常有控制精度差或出现失控【基于模糊控制的PLC在温度控制中的运用 J. 电气传动，2005年，35卷第8期,54-59.】。稳定性差、可靠性低。随着
10、现代传感技术与控制方法的不断革新和发展，对实时温度控制的精度以及反应快速性的要求越来越高。温度控制广泛的应用于生产与工业控制流程的各个方面，比如精细材料加工流程中温度的控制、锅炉供暖系统温度的控制以及化学染色系统的温度控制上。传统的模拟式温度控制方法已经不能适用干现代工业对系统稳定性和快速性的需求，特别是当系统的温度指令信号发生快速变化时，传统的模拟控制器固有的反应时间和器件特性使系统的反应稳定过程较慢、而且易受干扰，不能适应现代高精度温度控制的需求。【李国萍.基于PLC的温度控制系统的设计J.科技创新导报，2010年7期，86.】。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因
11、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的趋势。本课题主要要解决问题是通过对水温控制进行研究，实现对温度的高精度控制。在硬件实现上，我们要解决外围电路与PLC的连接，解决好各种输入输出设备的协调工作。本题目以电阻炉为被控对象，以水温为被控参数，以PLC为控制器，构成水温控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现水温的自动控制。本课题将要解决的主要问题是熟悉PLC的使用和编程，并用PLC编程实现PID算法，并通过实际调试优化控制器参数，实现对水温的高精度控制。系统设计大体如下，PLC采用三菱FX0N60MR，由于没有热电偶变送器及与三菱FX0N60MR搭配使
12、用的AD模块，我们决定采用DS18B20采集温度，使用AT89C2051单片机制作一个PLC输入模块，将温度通过光电耦合器连接到PLC的输入节点，并设置按钮和数码管做为人机交互模块，通过PLC输出接点驱动继电器，调节电热炉工作的占空比。实现对炉内水温的控制。1设计方案的论证设计水温控制的方法有多种多样，方案是多种多样的，由于PLC型号的多样性和控制理论的发展，控制方法的多样性，选择不同型号的PLC或者采用不同的控制算法，都会产生不同的炉温控制方案，下面从PLC选型和控制算法两方面进行方案的选择。1.1 PLC的选型可编程控制器简称PLC（Programmable logic Controlle
13、r)是一种工业控制用计算机，是继承自动控制技术、计算机和电子及通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜， 可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。它使用可编程序的记忆以存储指令，用来执行逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能并通过数字或模拟的输入输出，以控制各种机械或生产过程。现在PLC的功能强大，质量优良，品牌很多，特点各异。其中著名品牌有西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等等。图1.1 PLC原理图1.1.1常用PLC的特点比较市面上最常见的是三菱、西门子、欧姆龙三家公司的PLC，现在我对它们简单的进行
14、一下对比介绍。三菱系列的PLC三菱PLC英文名又称：Mitsubish Power Line Communication， 三菱PLC在中国市场常见的有以下型号： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q。FX系列PLC的主要特点：编程语言。在FX系列可编程控制器控制器中，除基本的指令表变成方式外，还可以采用在图形画面上进行阶梯符号作图的梯形图编程方式，以及对应机械动作流程进行顺控设计的SFC（顺序功能图）方式，而且，这些程序可以相互转换换。指令表及梯形图程序如果按一定的规则编写，也可以实现到SFC图的逆变换。高速处理三菱系列PLC可
15、以实现高速处理，FX系列可编程控制器内置的高速计数器，对来自特定的输入继电器的高速脉冲进行中断处理，因此与扫描时间无关，可以进行高达60kHz/h的高速脉冲。在可编程控制器中设置了C-R滤波器，以防止输入信号的震动和噪音的影响。可以对脉冲进行捕捉，在脉冲捕捉中可以监视来自特定输入的脉冲信号，也可以在输入时采用中断处理设置特殊辅助继电器。FX的PLC支持顺序控制。可编程控制器的扫描周期是恒定模式，采用次模式可以以固定的周期处理和运算同步执行的指令。在设备不停机的情况下也可以对运行过程中的程序进行改变的功能。应用指令FX系列PLC基于追求“基本功能、高速处理、便于使用”的规范理念，FX可编程控制器
16、具有数据的传送和比较，四则运算及逻辑运算、数据的循环和位移等基本指令，还有输入输出刷新、中断、高速计算器专用比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令，以及在SFC控制方面，将机械控制的标准动作封袋化的状态初始化指令等。此外，还提供了可适应更复杂的控制的浮点运算及PID运算等。西门子系列PLC西门子SIAMTIC模块化控制器有着很大的优势，它可以即买即用，长期兼容性和可用性，可以在恶劣环境下工作，模块还可以扩展和升级。西门子的产品十分的抗震动，通过集中式和分布式I/O控制。所以西门子在最近的一些年内能够很有力的打进中国的市场并能在中国的市场牢牢的扎根。这和西门子产品的质量和性能有着十分大的关系. 其
17、中就有S7-200、S7-300、S7-400。S7-200它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案，微型自动化系统的组成部分，STEP 7 Micro/WIN 工程组态软件应用于它，应用于性能要求较低的自动化任务。它是低成本的微型系统。西门子S7-300它设计紧凑，安装在DIN导轨上，在CPU中集成了许多功能，通过在微型存储器上保持数据实现免维护， PROFIBUS上的等时模式，属于故障安全类型。西门子S7-400具有多种机架类型的机架系统，优异的高速处理能力和通讯性能，可以在运行中更改组态，PROFIBUS上的等时模式(图1)，还支持PROFIBUS 连接分布式I/O(如图2)，属
18、于故障安全和容错类型，热插拔。S7-400 的 三个 H CPU，支持硬件同步, 功能强大的解决方案，不会发生任何信息损失，且可对工程任务提供高级支持，无需额外的编程费用, 可以为安全应用轻松扩展 H 系统。西门子plc现在不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC(reduced instruction set computer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多
19、功能控制器欧姆龙PLC欧姆龙PLC包括微型机，中型机，大中型机三种。CPM1A微型机属于结构紧凑、成本较低的PLC，在CPU单元中装配了1040点的输入输出端子，为一体化组建型的plc。增加了实现平稳输入输出动作的输入滤波器功能、外部输入中断功能、快速响应输入功能、高速计数器功能，模拟设定定时器功能等采用快速山村，无电池的内存支持得以实现，维护简单化。1.1.2本设计PLC的选型由于硬件环境的限制学校实验室现仅有三菱FX0N60MR和西门子S7-200两种型号的PLC，由于在此之前对三菱PLC进行过系统的学习，而且三菱系列的PLC配有手持编程器，易于在现场对PID参数进行整定所以选择了三菱FX
20、0N60MR型PLC为控制器。1.2控制方案的选择采用不同的控制算法，产生的控制结果也会大不相同，根据现有的知识，初步决定从经典控制理论和智能控制理论中选取了PID和模糊控制两种控制方案。现将两种控制方案大致介绍如下。1.2.1采用模糊控制的温度控制这个设计方案控制算法采用模糊控制，根据以往的经验，根据实测温度与设定的温度计算偏差大小，根据偏差划分偏差隶属度区间，设定规则库，控制时根据偏差和相应的规则库调节控制量的大小。运用PLC编程时，数据运算处理比较繁琐，但是PLC内部具有比较指令和区间比较指令，用其实现模糊推理相对容易，所以该方案在编程实现上具有一定优势。1.2.2采用PID算法的温度控
21、制PID控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好，所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。PID控制的效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、比例系数 Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。因而,PID参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。PID在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于PID算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。在PID算法中，针对P、I、D三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。运用该方案最大的优点就是控制精度要高方案一
22、。1.2.3 控制方案的选择第一种方案采用模糊控制的温度控制设计其优点是，控制原理简单、思路清晰，能够满足一般的控制精度。但对控制精度要求较高场合的不适应，切组建模糊规则需经过长时间大量实验修改确定。而第二种方案采用PID算法的温度控制不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，隶属度函数组建困难，调试耗时，控制精度低等缺点。所以本设计选择了第二种方案。2硬件电路的设计2.1 PLC硬件资源分配设计本设计中选用是三菱公司的FX0N-MR60型PLC。M表示是基本模块，R表示是继电器输出。FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F
23、、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC三菱PLC。其具有系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种外设；令人放心的高性能；高速运算；可使用于多种特殊用途等特点。图2.1 三菱FX0N-60MR型PLC外形图三菱FX系列PLC常数（K、H）K是表示十进制整数的符号，主要用来指定定时器或计数器的设定值及应用功能指令操作数中的数值；H是表示十六进制数，主要用来表示应用功能指令的操作数值。三菱FX系列PLC指针（P、I） 在FX系列中，指针用来指示分支指令的跳转目标和中断程序的入口标号。分为分支用指针、输入中断指针及定时中断
24、指针和记数中断指针。分支用指针（P0P127）FX2N有P0P127共128点分支用指针。分支指针用来指示跳转指令（CJ）的跳转目标或子程序调用指令（CALL）调用子程序的入口地址。中断指针（I0I60）中断指针是用来指示某一中断程序的入口位置。执行中断后遇到IRET（中断返回）指令，则返回主程序。中断用指针有以下三种类型。输入中断用指针（I00I50）共6点，它是用来指示由特定输入端的输入信号而产生中断的中断服务程序的入口位置，这类中断不受PLC扫描周期的影响，可以及时处理外界信息。定时器中断用指针（I6I8）共3点，是用来指示周期定时中断的中断服务程序的入口位置，这类中断的作用是PLC以指
25、定的周期定时执行中断服务程序，定时循环处理某些任务。处理的时间也不受PLC扫描周期的限制。表示定时范围，可在1099ms中选取。计数器中断用指针（I010I060）共6点，它们用在PLC内置的高速计数器中。根据高速计数器的计数当前值与计数设定值之关系确定是否执行中断服务程序。它常用于利用高速计数器优先处理计数结果的场合。三菱FX系列PLC数据寄存器（D）PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。数据寄存器为16位，最高位为符号位。可用两个数据寄存器来存储32位数据，最高位仍为符号位。数据寄存器有以下几种类型。通用数据寄存器（D0D199）共200点。当
26、M8033为ON时，D0D199有断电保护功能；当M8033为OFF时则它们无断电保护，这种情况PLC由RUN STOP或停电时，数据全部清零。特殊数据寄存器（D8000D8255）共256点。特殊数据寄存器的作用是用来监控PLC的运行状态。如扫描时间、电池电压等。未加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用。具体可参见用户手册。变址寄存器（V/Z）FX2N系列PLC有V0V7和Z0Z7共16个变址寄存器，它们都是16位的寄存器。变址寄存器V/Z实际上是一种特殊用途的数据寄存器，其作用相当于微机中的变址寄存器变，用于改变元件的编号（变址），例如V0=5，则执行D20V0时，被执行的编号为D25（D2
27、0+5）。变址寄存器可以象其它数据寄存器一样进行读写，需要进行32位操作时，可将V、Z串联使用（Z为低位，V为高位）。三菱FX系列PLC定时器（T） PLC中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无限对常开常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。但使用场合不一样，意义也不同。FX2N系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设
28、定值时触点动作。设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。通用定时器通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。100ms通用定时器（T0T199）共200点，其中T192T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.13276.7s。10ms通用定时器（T200T245）共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.01327.67s。积算定时器积算定时器具有计数累积的功能。在定时过程中如果断电
29、或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。积算定时器有1ms和100ms积算定时器两种。1ms积算定时器（T246T249）共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.00132.767s。100ms积算定时器（T250T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.13276.7s。 三菱FX系列PLC内部计数器 内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行计数。内部输入信号的接通和断开时间应比PLC的扫描周期稍长
30、。16位增计数器（C0C199）共200点，其中C0C99为通用型，C100C199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为132767（16位二进制），设定值除了用常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。三菱FX系列PLC辅助继电器（M） 辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点驱动。辅助继电器
31、的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号（只有输入输出继电器才用八进制数）。通用辅助继电器（M0M499）FX2N系列共有500点通用辅助继电器。通用辅助继电器在PLC运行时，如果电源突然断电，则全部线圈均OFF。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持OFF状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。根据需要可通过程序设定，将M0M499变为断电保持辅助继电器。断电保持辅助继电器（M500M3071）FX2N系列有M500M3071共2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助
32、继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。它之所以能在电源断电时保持其原有的状态，是因为电源中断时用PLC中的锂电池保持它们映像寄存器中的内容。其中M500M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。特殊辅助继电器PLC内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类。触点型其线圈由PLC自动驱动，用户只可使用其触点。例如：M8000：运行监视器（在PLC运行中接通），M8001与M8000相反逻辑。M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通），M8003与M8002相反逻辑。M8
33、011、M8012、M8013和M8014分别是产生10ms、100ms 、1s和1min时钟脉冲的特殊辅助继电器。线圈型由用户程序驱动线圈后PLC执行特定的动作。例如：M8033：若使其线圈得电，则PLC停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。M8034：若使其线圈得电，则将PLC的输出全部禁止。M8039：若使其线圈得电，则PLC按D8039中指定的扫描时间工作。状态器（S）状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令STL配合应用。状态器有五种类型：初始状态器S0S9共10点；回零状态器S10S19共10点；通用状态器S20S499共480点
34、；具有状态断电保持的状态器有S500S899，共400点；供报警用的状态器（可用作外部故障诊断输出）S900S999共100点。在使用用状态器时应注意：状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；状态器不与步进顺控指令STL配合使用时，可作为辅助继电器M使用。三菱FX系列PLC输出继电器（Y）输出继电器是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继电器线圈是由PLC内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。每个输出继电器在输出单元中都对应有维一一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使用。
35、FX系列PLC的输出继电器也是八进制编号其中FX0N60MR编号范围为Y00Y27（24点）。与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。三菱FX系列PLC输入继电器（X）输入继电器与输入端相连，它是专门用来接受PLC外部开关信号的元件。PLC通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入映象寄存器中。输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现其线圈。由于输入继电器（X）为输入映象寄存器中的状态，所以其触点的使用次数不限。FX系列PLC的输入继电器以八进制进行编
36、号，FX2N输入继电器的编号范围为X000X267（184点）。注意，基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。例如：基本单元FX0N-64MR的输入继电器编号为X000X037（32点）。SWOPC-FXGP/WIN-C是与电脑相连的三菱PLC的编程软件，它可以将写好的梯形图直接下载到PLC里，但需要下载线RS232，由于没有下载线，所以用编程器进行编程。经过对PLC内部资源的了解，我们对PLC端口资源作如下分配。输入部分：2.2 温度传感器温度采集开始想的是用热电偶测温，通过对变送器送出来的是1-5V的电压信号进行AD转换得到对应温度。起初
37、方案是采用ADC0809做转换芯片，NE555做08009的时钟源，做出来是78.9KHZ，用PLC控制0809的时序，但是由于这是个转换过程和数据处理都很复杂。最主要是精度较低，所以最终还是选用了DS18B20做温度传感器测水温。下面将两种方案简单介绍如下。2.2.1 利用温度变送器采集温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。 温度变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器
38、），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。 变送器如果由两个用来测量温差的传感器组成，输出信号与温差之间有一给定的连续函数关系。故称为温度变送器。 变送器输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数），早期生产的变送器其输出信号与温度传感器的电阻值（或电压值）之间呈线性函数关系。 标准化输出信号主要为0mA10mA和4mA20mA（或1V5V）的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。Pt100是铂热电阻温度变送是一种可选的温度变送器，Pt100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
39、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。2.2.2 利用DS18B20采集DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+
40、85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！
41、 DS1822与 DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为2C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，可以构建适合自己的经济的测温系统。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器
42、TH、TL和结构寄存器。图2.2 DS18B20引脚图GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）；DQ为数字信号输入/输出端。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。图2.3 DS18B20输出数据格式 DS18B20中的温度传感器可完成对温度
43、的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上
44、电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。实际运用时采用单片机，读取DS18B20，再由单片机端口输出温度数据至PLC的X10-X17输入结点。2.3 输入部分电路设计2.3.1 设置输入部分电路设计输入部分主要主要完成对系统的设置启动等操作，使用了四个按钮分别实现对系统启动、开始控制、设定值加、设定值减等设定，分别从X0、X1、X2、X3对应输入。2.3.2 AD转换结果输入部分电路设计图2.4 AD转换结果输入部分电路由于没有FX0N系列PLC专用AD模块，所以使用DS18B20与51单片机联合制作了一个简易的AD输入模块，它能够将实时温度转换为8位数据送入
45、PLC，包括7位数据位，1位符号位。输入部分采用输入节点X10X17。为了提高PLC的可靠性，减少外界对PLC运行的干扰，同时根据PLC的输入要求，采用光耦芯片TLP521制作输入电路。2.4输出部分电路设计输出部分分显示电路和控制电路两部分，显示部分主要使用显示译码器74LS48和数码管组成，控制电路使用节点Y1外接继电器控制电热杯。图2.5 继电器输出单元显示部分系统分配X14X17为个位，X20X23为十位，X24X27为百位。7448是7段显示译码器,输出高电平有效的译码器。工作电压为5V，用于驱动共阴极数码管，7448除了有实现8段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg
46、）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端，如图2.6所示。Vcc16fgabcde1BCLTBI/RBORBIDAGND74LS48图2.6 7448引脚功能图表2.1 7448/SN7448译码器0-9真值表LIRBID C B ABI/RBOYa Yb Yc Yd Ye Yf Yg显示110 0 0 011 1 1 1 1 1 001X0 0 0 110 1 1 0 0 0 011X0 0 1 011 1 0 1 1 0 121X0 0 1 111 1 1 1 0 0 131X0 1 0 010 1 1 0 0 1 141X0 1 0 111 0 1 1 0 1 151X0 1 1 010 0 1 1 1 1 161X0 1 1 111 1 1 0 0 0 071X1 0 0 011 1 1 1 1 1 181X1 0 0 110 0 0 1 1 0 19数码管是一种半导体发光器件，
