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1、 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 系（分院）機(jī)電工程系 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)名稱 機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師 2012年 11月 26日 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程 系（分院） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓 名

2、 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 102 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的目的與意義 此項(xiàng)畢業(yè)設(shè)計(jì)圍繞電茶爐展開，設(shè)計(jì)運(yùn)用到PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)械 設(shè)計(jì)技術(shù)、電工電子技術(shù)，將多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過有機(jī)的結(jié)合構(gòu)思設(shè)計(jì)出了電茶爐恒溫 供水系統(tǒng)。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用與自動(dòng)燒茶供水的系統(tǒng)中會(huì)給社會(huì)公共場合的人們 提供極大的便利，例如在醫(yī)院、學(xué)校宿舍、賓館等地方安裝這項(xiàng)系統(tǒng)產(chǎn)品并加以 推廣，這將會(huì)成為人類生活中必不可少的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的資料收集情況（含指定參考資料） 冀建平：《PLC原

3、理與應(yīng)用》.清華大學(xué)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(jī)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(yīng)用》.北京師范大學(xué)出版社. 李偉：《電工電子技術(shù)及實(shí)訓(xùn)》.中國電力出版社. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃 2012年11月16日得知畢業(yè)設(shè)計(jì)范圍及計(jì)劃。 2012年11月19日確定題目。 2012年11月19日----27日查閱相關(guān)資料并整理完成交給老師批閱。 2012年12月1 日----6 日根據(jù)老師批語修改論文，完成論文設(shè)計(jì)交給老師。 接受任務(wù)日期 201

4、2 年 10 月15 日 要求完成日期 2013 年 3 月 1日 學(xué) 生簽名： 2012年12 月6日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系（分院） 主任（院長）簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯意見表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評閱意見表 姓 名 學(xué) 號 性 別 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 102 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 P

5、LC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 評 閱 意 見 成績 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯意見表 姓 名 學(xué) 號 性 別 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 102 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 答辯時(shí)間 地 點(diǎn) 答辯 小組 成員 姓 名 職 稱 學(xué) 歷 從事專業(yè) 組 長 成 員

6、 秘 書 答 辯 小 組 意 見 答 辯 成 績： 答辯小組組長簽名： 年 月 日 14 PLC控制的電茶爐恒溫供水系統(tǒng) 摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展，將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用與自動(dòng)燒茶供水的系統(tǒng)中會(huì)給社會(huì)公共場合的人們提供極大的便利，設(shè)計(jì)這項(xiàng)系統(tǒng)產(chǎn)品并加以推廣，這將會(huì)成為人類生活中必不可少的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。本文利用西門子S7-200可編程控制器編寫的一個(gè)電茶爐恒溫供水的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱水自動(dòng)化不間斷提供

7、，溫度可控。該設(shè)計(jì)主要分析并敘述了PLC的特點(diǎn)，并加以在恒溫供水系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：PLC 電茶爐 自動(dòng)控制 一、PLC介紹 隨著科技的發(fā)展，工業(yè)控制的自動(dòng)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(yīng)用。只要把預(yù)定的控制任務(wù)編成程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)各種指令，經(jīng)過模擬量、數(shù)字量等輸入輸出部件對生產(chǎn)過程和設(shè)備進(jìn)行控制。 S7—200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(qiáng)，存儲容量大，編程方便，輸出端可直接驅(qū)動(dòng)2A的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強(qiáng)。S7-200系列小型PLC

8、(Micro PLC)可應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu),低廉的成本及功能強(qiáng)大的指令集使得S7-200 PLC成為各種小型控制任務(wù)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(yīng)用也比較廣泛。雖然單片機(jī)，DSP等微型控制器已經(jīng)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(shè)計(jì)者的廣泛認(rèn)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(dòng)蒸汽閥門，控制蒸汽的進(jìn)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

9、 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(hù)器等部分組成。 水箱 :用于儲存水源，同時(shí)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(jī)、DSP等可編程控制器。 顯示器：液晶、或者簡單的LED進(jìn)行顯示。 安全保護(hù)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(hù)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(jié)構(gòu)原理

10、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(hù)器等部分組成。如圖2所示。 圖2 恒溫供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(gè)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(hù)器等部分組成。PLC得到傳感器的信息，水位過低時(shí)關(guān)閉加熱器，開啟水泵加水，當(dāng)水到一定程度停止加水。有水時(shí)檢測水溫如果水溫

11、過低時(shí)，開啟加熱器加熱，加熱到設(shè)定溫度時(shí)停止加熱，當(dāng)按鍵按下按鈕時(shí)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(shè)置和使用這些資源，對于解決這類問題至關(guān)重要設(shè)計(jì)中首先要了解控制對象的特點(diǎn)，從而確定有關(guān)的PLC輸入、輸出點(diǎn)的選擇。 對于PLC的控制，要解決的主要問題包括以下幾個(gè)方面： 停止加熱按扭的設(shè)置； 傳感器檢測； 進(jìn)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(diǎn)數(shù)的選擇，同樣作為一個(gè)邏輯控制為主的系統(tǒng)，需要將被控電機(jī)作為唯一的控制目標(biāo)

12、，所有的邏輯實(shí)現(xiàn)都是針對這一目標(biāo)進(jìn)行的，而對此目標(biāo)的控制又分成了進(jìn)水泵和出水泵還有加熱器。當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，根據(jù)監(jiān)測到的上行或下行指令給出相應(yīng)的信號，從而控制水泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作和控制加熱器工作。當(dāng)有停止加熱信號到達(dá)時(shí)，執(zhí)行方式為優(yōu)先響應(yīng)加熱器停止。 三、恒溫供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1、控制器的選擇 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)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(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。 整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)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/

13、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(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)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(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的 輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合， 但價(jià)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(yīng)用要求應(yīng)一致。 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電

14、電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)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(shí)，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)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(shí)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?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)需使用5個(gè)輸入和3個(gè)輸出，又對PLC機(jī)型的選擇作了詳細(xì)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(shí)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(huì)

15、隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時(shí)阻值為100歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長的。PT100配合電位器，經(jīng)三極管放大驅(qū)動(dòng)繼電器應(yīng)用繼電器的開關(guān)量來輸入PLC。同時(shí)調(diào)節(jié)電位器也起到了調(diào)節(jié)水溫的作用。這樣兩對PT100就可以實(shí)現(xiàn)水溫的控制。分別設(shè)置好兩個(gè)電位器就可以使得PLC在兩個(gè)不同的溫度收到兩個(gè)不同的開關(guān)量輸入信號，如圖3。同時(shí)輸入繼電器也對PLC起到保護(hù)作用，如果加熱器漏電或著遇到過電壓比如雷擊，此時(shí)輸入繼電器可以對PLC設(shè)備起到保護(hù)作用。 圖3 測溫電路圖

16、 3、PLC外部硬件電路的設(shè)計(jì) 綜上分析，可設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 1、PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的確定 電茶爐恒溫供水自動(dòng)控制設(shè)計(jì)思路：水面低且加熱器未工作狀態(tài)下進(jìn)水泵自動(dòng)工作；水面高于設(shè)定值進(jìn)水泵自動(dòng)停止工作；水溫低于設(shè)置最低溫度且水量足狀態(tài)下加熱器自動(dòng)工作；水溫達(dá)到設(shè)置最高溫，加熱器自動(dòng)停止工作。同時(shí)設(shè)置了三個(gè)手動(dòng)按鈕：停止加熱按鈕用于隨時(shí)停止加熱器工作；加水按鈕用于隨時(shí)讓進(jìn)水泵工作；加熱按鈕用于當(dāng)水量足且水溫大于最低溫度但未達(dá)到最高溫時(shí)隨時(shí)啟動(dòng)

17、加熱器工作。 通過以上分析設(shè)計(jì)對這一控制功能必須的信號進(jìn)行設(shè)置，主要是完成PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的確定。 (1)輸入信號設(shè)置PLC的輸入 表1 控制系統(tǒng)輸入點(diǎn)分配表： 序號 名稱 輸入點(diǎn) 0 停止加熱按鈕 I0.0 1 水面低 I0.1 2 水面高 I0.2 3 水溫低90℃ I0.3 4 水溫高100℃ I0.4 5 出水按鈕 I0.5 6 手動(dòng)加水按鈕 I0.6 7 手動(dòng)加熱按鈕 I0.7 8 熱繼電器輔助觸頭 I1.0 (2)輸出信號設(shè)置PLC的輸出 表2 控

18、制系統(tǒng)輸出點(diǎn)分配表： 序號 名稱 輸出點(diǎn) 0 進(jìn)水泵工作 Q0.0 1 出水泵工作 Q0.1 2 加熱器工作 Q0.2 2、程序流程圖 以下是根據(jù)西門子S7-200系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diào)試及結(jié)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(jìn)水泵工作自動(dòng)向水箱中加水，當(dāng)水面達(dá)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(jìn)水泵停止工作，同時(shí)PLC控制加熱器工作。

19、 2、水箱中水溫達(dá)到設(shè)置最高溫度100℃時(shí)，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(dāng)不按出水按鈕時(shí)，出水泵停止工作。 4、水箱中水溫下降，但并未低于設(shè)置最低溫度時(shí)，按下加熱按鈕，信號輸入PLC I0.7端，PLC控制加熱器工作，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)置最高溫度時(shí)，加熱器停止工作。 5、水箱中水溫下降且低于設(shè)置最低溫度90℃時(shí) ，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(dāng)水溫達(dá)到最高溫度時(shí)，加熱器停止工作。 6、當(dāng)水箱中水少，但并未達(dá)到最低水面，按下加

20、水按鈕，將有信號輸入PLC I0.6端，PLC控制進(jìn)水泵工作，當(dāng)水面達(dá)到最大液面時(shí)PLC控制進(jìn)水泵停止工作。 7、以上加熱器工作時(shí)，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(diào)試，結(jié)果表明電茶爐恒溫供水系統(tǒng)能正常工作，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并且設(shè)計(jì)的有手動(dòng)控制按鈕，人們也可以手動(dòng)控制該系統(tǒng)，十分方便。 結(jié)束語 通過這次設(shè)計(jì)使我學(xué)會(huì)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(xué)會(huì)將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開動(dòng)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(shí)，更重要的是，我在這一設(shè)計(jì)過程中，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。 參考文獻(xiàn)： 冀建平：《PLC原理與應(yīng)用》.清華大學(xué)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(jī)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(yīng)用》.北京師范大學(xué)出版社. 李偉：《電工電子技術(shù)及實(shí)訓(xùn)》.中國電力出版社.