1、 2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案 也有所不同。溫度控制系統(tǒng)的工藝過(guò)程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。Modbus通訊協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言，它的使用非常方便、靈活，因其開放性而被廣泛使用，現(xiàn)已成為工業(yè)控制器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一種。把它應(yīng)用到烘房溫度控制領(lǐng)域中，

2、滿足了工業(yè)智能化、人性化的需要，符合現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展要求，很大成對(duì)的提高了整個(gè)工藝生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。 可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜， 可靠性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。關(guān)鍵詞：溫度控制 Modbus PLC 組態(tài)ABSTRACTTemperature is one of the common in industrial production process parameters, any physi

3、cal change and chemical reaction process are closely related with temperature. In many areas of scientific research and production practice, the temperature control plays a very important position, especially in metallurgy, chemical industry, building materials, food, machinery, petroleum and other

4、industries, plays a decisive role. Under different production conditions and technological requirements for temperature control, heating mode, fuel, the control scheme is also different. The technological process of the temperature control system is complicated and uncertain, so the system requires

5、more advanced control technology and control theory. Modbus communication protocol is used in the electronic controller on a common language, its use is very convenient, flexible and widely used for its openness, has now become industry controller is a kind of network protocols. Take it to the field

6、 of chamber temperature control, meet the needs of the industry intelligence, humanization, conform to the requirements of the development of modern industry, a large pair of enhance the automation of the whole process. Programmable controller (PLC) programmable controller is a kind of industrial co

7、ntrol computer, computer, automatic control technology and communication technology to inherit as one of the new automatic device. It has strong anti-jamming capability, cheap, high reliability, simple programming, easy to learn and easy to use and other characteristics, deeply in the field of indus

8、trial engineering operators like, so the PLC has been in industrial control is widely used in various fields. Keywords: temperature control Modbus PLC configuration 目 錄1 緒論1.1 溫度控制系統(tǒng)的背景1.2 溫度控制系統(tǒng)的意義1.3 Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)介紹1.4 課題可行性分析2課題總體設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)2.2.1 硬件配置 2.1.2 檢測(cè)儀表選型 2.1.3 Modbus-USB接口 2.1.4 風(fēng)機(jī)及電熱箱功率計(jì)

9、算 2.1.5 I/O分配表 2.1.6 PLC選型2.2 軟件設(shè)計(jì) 2.2.1 PID控制程序設(shè)計(jì) 2.2.2 三菱FX2N程序設(shè)計(jì)流程圖 2.2.3 三菱FX2N程序設(shè)計(jì)梯形圖3 組態(tài)編程3.1 PLC通信配置與通信方式3.2 組態(tài)王軟件介紹3.3 組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量3.4 組態(tài)王界面結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)1緒論1.1 溫度控制系統(tǒng)背景自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，一日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都產(chǎn)生了一批

10、商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體水平處于20實(shí)際80年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng)參數(shù)的自整定方面，還沒開發(fā)性能可靠的自整定軟件。參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們

11、對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展趨勢(shì)。1.2 溫度控制系統(tǒng)的意義溫度及濕度的測(cè)量和控制對(duì)人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉(cāng)儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場(chǎng)合，及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來(lái)，溫濕度測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測(cè)控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái)，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。 在現(xiàn)代化的今天，現(xiàn)代化控制是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的標(biāo)志之一，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程控制器(PLC)作為自動(dòng)控制的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一，成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)?？?/p>

12、編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。1969年美國(guó)DEC公司研制出第一臺(tái)可編程控制器，用在GM公司生產(chǎn)線上的獲得成功。其后日本、德國(guó)等相續(xù)引入，可編程控制器迅速發(fā)展起來(lái)。 進(jìn)入20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速

13、發(fā)展，極大的推動(dòng)了PLC的發(fā)展，使的PLC的功能日益增強(qiáng)。PLC可進(jìn)行模擬量控制、位置控制和PID控制等，易于實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通信功能的實(shí)現(xiàn)更使PLC 如虎添翼。目前，在先進(jìn)國(guó)家中，PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。之所以應(yīng)用廣泛，是因?yàn)镻LC有很多優(yōu)點(diǎn)，本文涉及的溫度監(jiān)控系統(tǒng)是以PLC為核心的監(jiān)控系統(tǒng)。該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)能進(jìn)行加熱，能夠通過(guò)傳感器檢測(cè)實(shí)際的溫度值，而且能夠顯示溫度值，當(dāng)實(shí)際溫度值和設(shè)定溫度值不相等時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便讓操作工控制。本系統(tǒng)在溫度控制方面應(yīng)用廣泛，例如面包的生產(chǎn)，工業(yè)中的鍋爐加熱等。1.3 Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)介紹 M

14、odbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議

15、發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。Modbus的特點(diǎn)Modbus具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）標(biāo)準(zhǔn)、開放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過(guò)400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過(guò)600種。（2）Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-

16、485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。（3）Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡(jiǎn)單。在Modbus網(wǎng)絡(luò)上傳輸控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。所選的ASCII或RTU方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)，它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃?，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。在其它網(wǎng)絡(luò)上（象MAP和Modbus Plus）M

17、odbus消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無(wú)關(guān)的幀。1ASCII模式當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)都作為一個(gè)ASCII碼（兩個(gè)十六進(jìn)制字符）發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送的時(shí)間間隔可達(dá)到1秒而不產(chǎn)生錯(cuò)誤。 2、RTU模式當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的 十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。1.5 課題可行性分析 1.5.1 課題要求為能實(shí)時(shí)方便地監(jiān)控烘房的溫度變化情況，設(shè)計(jì)一套基于Modbus總線的溫

18、度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將每個(gè)烘房的溫度值通過(guò)Modbus 總線實(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、打印等。根據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)量及工藝要求，設(shè)置兩個(gè)保溫烘房，每個(gè)烘房約170立方米。每個(gè)烘房中央位置放置一臺(tái)電加熱箱和一臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)將加熱箱的熱量吹出并通過(guò)烘房?jī)?nèi)的輸送管道將熱量傳送到房間的每個(gè)角落。烘房溫度要求控制在45。根據(jù)課題要求，完成溫度檢測(cè)儀表的選型、電加熱箱功率的計(jì)算、風(fēng)機(jī)功率的計(jì)算、烘房溫控電路的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、溫控界面的設(shè)計(jì)、Modbus總線檢測(cè)儀表、控制儀表的選型等。最終實(shí)現(xiàn)中央控制室內(nèi)監(jiān)控烘房溫度，將工作人員從繁瑣的人工抄表、現(xiàn)場(chǎng)查看等工作中解脫出來(lái)，節(jié)約人力資源，同時(shí)避免人工抄表時(shí)的溫度

19、數(shù)據(jù)不可控性，提高整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程的自動(dòng)化水平。1.5.2 總體設(shè)計(jì)思想 Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言，具有標(biāo)準(zhǔn)、開放，免費(fèi)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)正是基于Modbus協(xié)議進(jìn)行的設(shè)計(jì)。根據(jù)要求，本課題采用pc作為上位機(jī)。在烘房對(duì)角放置四個(gè)傳感器，用于數(shù)據(jù)采集，總共用到了8個(gè)溫濕度傳感器。數(shù)據(jù)采集模塊選取支支持ModbuRTU通訊協(xié)議的濕度傳感器，上位機(jī)監(jiān)控采用工業(yè)組態(tài)常用軟件組態(tài)王進(jìn)行監(jiān)控，用戶可以通過(guò)監(jiān)控界面查看烘房溫度變化情況，并對(duì)報(bào)警上下限進(jìn)分行設(shè)置。數(shù)據(jù)量輸出控制采用工業(yè)常用控制器三菱FX-2n系列plc獲取上位機(jī)從Modbus溫濕度傳感器獲得的檢測(cè)數(shù)值，通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算，執(zhí)行

20、命令傳遞給風(fēng)機(jī)及加熱箱，最終完成溫度控制任務(wù)。其中用到了兩個(gè)風(fēng)機(jī)及電加熱箱。8個(gè)溫濕度傳感器與上位機(jī)相連，將檢測(cè)到的溫度值傳給上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)過(guò)監(jiān)控轉(zhuǎn)換后，將數(shù)值傳遞給PLC,PLC經(jīng)運(yùn)算后傳達(dá)指令給兩個(gè)風(fēng)機(jī)及兩個(gè)電加熱箱，控制風(fēng)機(jī)及加熱箱進(jìn)行控制。 在具體控制方案上采用PID算法控制，通過(guò)調(diào)節(jié)PID具體參數(shù)調(diào)控溫度，以下是根據(jù)課題的要求繪制的PID控制系統(tǒng)圖：PID參數(shù) D/A執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器設(shè)定值SVplc輸出值MV干擾f被控制值 測(cè)點(diǎn)值PV2 課題總體設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)2.1.1 硬件配置根據(jù)任務(wù)分析，本設(shè)計(jì)選用支持Modbus通訊協(xié)議的溫濕度傳感器作為檢測(cè)儀器（每個(gè)烘房用用四個(gè)，

21、兩個(gè)烘房總共八個(gè)）；選用三菱FX2N系列PLC作為控制儀器。選用組態(tài)王軟件為檢測(cè)監(jiān)控軟件。每個(gè)烘房中央位置放置一臺(tái)電加熱箱和一臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)將加熱箱的熱量吹出并通過(guò)烘房?jī)?nèi)的輸送管道將熱量傳送到房間的每個(gè)角落。本項(xiàng)目總共用到了蓮臺(tái)風(fēng)機(jī)及電加熱箱。以下是本項(xiàng)目硬件連接示意圖：PC2#風(fēng)機(jī)2#溫濕度傳感器1#溫濕度傳感器2#加熱箱1#加熱箱1#風(fēng)機(jī) 8#溫濕度傳感器PLC. 2.1.2 檢測(cè)儀表選型由于本項(xiàng)目是建立在modbus總線上的，所以溫度檢測(cè)儀表選擇支持485總線的溫濕度傳感器，經(jīng)過(guò)對(duì)幾重溫濕度傳感器比較，本項(xiàng)目選擇USR-SENS-WSD溫濕度傳感器作為檢測(cè)儀表。以下是該儀表相關(guān)介紹：USR

22、-SENS-WSD溫濕度傳感器：USR-SENS-WSD溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊(圖2-1)是一款高性能溫濕度數(shù)據(jù)采集傳輸模塊，可選的RS485/RS232/TTL不同電平輸出，MODBUS工業(yè)控制總線協(xié)議，可以多個(gè)模塊共同接入總線組網(wǎng)，也可以與其他符合MODBUS協(xié)議的設(shè)備共同組網(wǎng)，實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地監(jiān)控多個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化，以使用戶準(zhǔn)確把握不同應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境變化，快速做出反應(yīng)，保障生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的穩(wěn)定性。圖2-1功能特點(diǎn)DATA/VCC/GND/RXD(RS85-A)/TXD(RS485-B)五線接口，簡(jiǎn)單可靠，便于擴(kuò)展；可選的RS232/RS485/TTL信號(hào)傳輸方式；基于MODBUS工業(yè)控制總線協(xié)議

23、的數(shù)據(jù)傳輸，性能可靠，兼容性好，易于組網(wǎng)；支持簡(jiǎn)單字符指令，便于單個(gè)模塊簡(jiǎn)易應(yīng)用場(chǎng)合使用體積小巧，易于安裝；針對(duì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境做防潮處理，適用于大棚等潮濕環(huán)境；串口參數(shù)配置范圍：波特率：1200 / 4800 / 9600 / 19200 / 38400 / 57600 ；數(shù)據(jù)位：8位，不可配置；校驗(yàn)：無(wú)校驗(yàn) / 奇校驗(yàn) / 偶校驗(yàn)；停止位：1 /2 位；配置完成后斷電并重新通電后配置生效；產(chǎn)品特性測(cè)量溫度范圍：-40+80；分辨率：0.1；精度0.2工作溫度范圍：-20+80；測(cè)量濕度范圍：0%100%（RH）相對(duì)濕度；分辨率：0.1%RH；精度：環(huán)境溫度25 下 2%RH。 2.1.2 Mo

24、dbus-USB接口在本項(xiàng)目中，為接收Modbus溫濕度傳感器的信息，需要外接接一USB轉(zhuǎn)485設(shè)備(如圖2-2)。以下為USB轉(zhuǎn)485通訊接口相關(guān)介紹：圖2-2DT-5019是一款通用的USB2.0 TO RS422/RS485轉(zhuǎn)換器，無(wú)需外加電源，兼容USB2.0 、RS422、RS485標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)味说腢SB信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡差分的RS422或RS485信號(hào)，提供每線浪涌600W保護(hù)功率，以及各種原因在線路上產(chǎn)生的浪涌電壓，并且極小的極間電容保證了RS422/RS485接口的高速傳輸，RS422、RS485端通過(guò)RJ45及DB9公頭的連接器連接。另外，DT-5019轉(zhuǎn)換器內(nèi)部帶有零延時(shí)自動(dòng)

25、收發(fā)轉(zhuǎn)換，獨(dú)有的I/0電路自動(dòng)控制數(shù)據(jù)流方向，而不需任何握手信號(hào)（如RTS、DTR等）無(wú)需跳線設(shè)置實(shí)現(xiàn)全雙工(RS422)、半雙工(RS485)模式轉(zhuǎn)換，即插即用。可支持帶有RS422/RS485接口的設(shè)備；如監(jiān)控?cái)z像頭、視頻采集器、指紋考勤機(jī)、程控交換機(jī)、數(shù)控機(jī)、單片機(jī)等，確保適合一切現(xiàn)有的通信軟件和接口硬件。DT-5019接口轉(zhuǎn)換器可以為點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的通信提供可靠的連接，點(diǎn)到多點(diǎn)每臺(tái)轉(zhuǎn)換器可允許連接32個(gè)RS422或RS485接口設(shè)備，傳輸速率：921600bps到300M、38400bps到600M、9600bps到1.2KM，帶有電源指示燈及數(shù)據(jù)流量指示燈可指示故障情況、支持的通訊

26、方式有USB2.0到RS422、USB2.0到RS485轉(zhuǎn)換。DT-5019接口轉(zhuǎn)換器支持以下四種通信方式：1、點(diǎn)到點(diǎn)/四線全雙工2、點(diǎn)到多點(diǎn)/四線全雙工3、點(diǎn)到點(diǎn)/兩線半雙工4、點(diǎn)到多點(diǎn)/兩線半雙工硬件安裝及應(yīng)用：安裝DT-5019接口轉(zhuǎn)換器前請(qǐng)先仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說(shuō)明書，將產(chǎn)品所配的通信電纜接入U(xiǎn)SB接口端，本產(chǎn)品采用USB/DB-9、通用連接器為輸入/輸出接口，無(wú)需跳線設(shè)置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)RS422或RS485通信方式，可使用雙絞線或屏蔽線，連接、拆卸非常方便。點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)、全雙工通信接四根線T/R+、T/R-、RXD+、RXD-，點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)、半雙工通信接兩根線T/R+、T/R-。 性能參數(shù)

27、：1、標(biāo)準(zhǔn)：符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn)，向下兼容，符合RS422、RS485標(biāo)準(zhǔn)，2、方向控制：采用數(shù)據(jù)流向自動(dòng)控制技術(shù)，自動(dòng)判別和控制數(shù)據(jù)傳輸方向，3、波特率：300-9216000bps，自動(dòng)偵測(cè)串口信號(hào)速率，4、負(fù)載能力：支持點(diǎn)到多點(diǎn)，每臺(tái)轉(zhuǎn)換器可允許連接32個(gè)RS422或RS485接口設(shè)備，5、傳輸距離：RS422/485端1200米（9600bps時(shí)），USB線不超過(guò)5米，6、接口保護(hù)：浪涌600W保護(hù)功率、15KV靜電保護(hù)，7、接口形式：USB端A類接口公頭，DB9公頭的連接器連接，8、信號(hào)指示：紅色燈電源，綠色燈發(fā)送信號(hào)，黃色燈接收信號(hào)，9、支持Windows98/ME/2000/XP

28、/Vista/win7，Linux，MAC，Wince 2.1.4 風(fēng)機(jī)及電熱箱功率計(jì)算風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)單介紹及功率計(jì)算：風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動(dòng)的流體機(jī)械。風(fēng)機(jī)是我國(guó)對(duì)氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣簡(jiǎn)稱，通常所說(shuō)的風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)。氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械是把旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能和動(dòng)能，并將氣體輸送出去的機(jī)械。風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件是葉輪、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、支架、電機(jī)、皮帶輪、聯(lián)軸器、消音器、傳動(dòng)件（軸承）等。 風(fēng)機(jī)功率計(jì)算公式-風(fēng)量風(fēng)壓360010000.980.81.15 對(duì)本項(xiàng)目而言，功率P=4000*1500360010000.980.8

29、1.15約=2.5kw，考慮到實(shí)際情況，適當(dāng)加大風(fēng)機(jī)功率，本項(xiàng)目最終選擇4kw的一款風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)的選型：經(jīng)過(guò)對(duì)同類型及功率風(fēng)機(jī)對(duì)比，本項(xiàng)目選用了一款CF-11型離心通風(fēng)機(jī)（圖3-4）作為執(zhí)行器，以下是該風(fēng)機(jī)相關(guān)介紹：圖2-3CF-11型離心通風(fēng)機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)采用噪聲，效率等各項(xiàng)氣動(dòng)參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的最佳性能匹配。具有良好的氣動(dòng)性能，葉輪經(jīng)嚴(yán)格的動(dòng)平衡矯正，故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，流量大振動(dòng)小，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。廣泛適用于單位食堂，賓館酒樓，飲食店等公共場(chǎng)所的廚房排風(fēng)，抽油煙或通風(fēng)換氣之用，并適宜在糧食機(jī)械，化工機(jī)械，塑料機(jī)械等生產(chǎn)設(shè)備 上使用。用途廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)。電加熱箱功率計(jì)算 一般

30、空氣電加熱器功率的技術(shù)有如下公式： P=（Lt）/3000 P空氣電加熱器功率,（kW）； L送風(fēng)量，（m3/h）； t空氣溫升，； 電加熱器熱效率。由于本項(xiàng)目選擇的風(fēng)機(jī)送風(fēng)量L約=1500(m3/h) ，則加熱器公功率P=（Lt）/3000=（1500*30）*0.9=40500w，約為40kw。電加熱箱的選型：經(jīng)過(guò)對(duì)同類型及功率的電加熱箱對(duì)比，本項(xiàng)目選用了一款江蘇中熱機(jī)械設(shè)備公司生產(chǎn)的風(fēng)管加熱器（圖3-5）作為執(zhí)行器，該加熱器主要用于風(fēng)道中的空氣加熱，具有增溫及降溫快等特點(diǎn)，效率較高。圖2-42.1.4 I/O分配表根據(jù)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，完成了如下I/O分配表：I/O分配表 輸入 設(shè)備名稱

31、 設(shè)備符號(hào) 輸出設(shè)備名稱設(shè)備符號(hào)X0系統(tǒng)啟動(dòng)SB1Y01#風(fēng)機(jī)KM1X1系統(tǒng)停止SB2Y12#風(fēng)機(jī)KM2 Y21#加熱箱KM4 Y32#加熱箱KM5 Y41#風(fēng)機(jī)運(yùn)行HL1 Y52#風(fēng)機(jī)運(yùn)行HL2Y111#加熱箱運(yùn)行HL3Y122#加熱箱運(yùn)行HL4Y15系統(tǒng)運(yùn)行指示HL5Y16系統(tǒng)停止指示HL6 2.1.5 PLC介紹及選型從上圖中可以知道，本次設(shè)計(jì)用了2個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)，總共12個(gè)輸入輸出點(diǎn)，基于此，本課題在PLC的選型上選擇三菱FX-2N-32MR的PLC。可編程控制器的英文名稱是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC。現(xiàn)代制造業(yè)必

32、須對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)，生產(chǎn)小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，這便要求生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高可靠性和靈活性?？删幊炭刂破髡琼槕?yīng)這一潮流而出現(xiàn)的，以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。在20世紀(jì)60年代的制造業(yè)，傳統(tǒng)繼電接觸器控制裝置廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。這套裝置設(shè)備體積龐大，可靠性差，同時(shí)維護(hù)不便，而且，完全由邏輯硬件構(gòu)成，接線十分復(fù)雜。一旦生產(chǎn)過(guò)程某一環(huán)節(jié)發(fā)生改變，控制裝置就要重新設(shè)計(jì)改造。隨著汽車生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)于汽車型號(hào)頻繁改進(jìn)，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)捉襟見肘，弊端日益放大，最終PLC 應(yīng)運(yùn)而生。它開創(chuàng)性地引入程序控制功能，使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)

33、進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域應(yīng)用。早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時(shí)等任務(wù)，但是其簡(jiǎn)單易懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn)，使得PLC很快就得到了推廣應(yīng)用。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器性能的飛速發(fā)展，PLC的軟、硬件功能不能豐富、完善。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的正式定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬或輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控

34、制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！盤LC技術(shù)發(fā)展至今已十分成熟，生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的廠家多達(dá)200多個(gè)，其中較著名有德國(guó)的西門子（Siemens）公司、美國(guó)的Rockwell自動(dòng)化公司所屬的A-B（Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司、法國(guó)的施耐德（Schneider）公司、日本的三菱公司和歐姆龍（OMRON）公司。FX2N系列：FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入輸出16256點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。FX2N

35、系列PLC的特點(diǎn)： 系統(tǒng)配置,固定靈活可進(jìn)行16256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可連接擴(kuò)展模塊，包括FX0N系列擴(kuò)展模塊。 編程簡(jiǎn)單，指令豐富功能指令種類多，有高速處理指令:、便利指令、數(shù)據(jù)處理:、特殊用途指令等等。 品種豐富，特殊用途 可選用16/32/48/64/80/128/點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。也可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。 高性能, 高速度內(nèi)置程序容量8000步，最大可擴(kuò)充至16K步, 可輸入注釋，還有豐富的軟組件。1個(gè)指令運(yùn)行時(shí)間，基本指令只需0.08s，應(yīng)用指令在1.52s幾百s之間。 通信簡(jiǎn)單化一臺(tái)FX2N主機(jī)可安裝一個(gè)機(jī)能擴(kuò)充板，使用FX2N-485-

36、BD及FX0N-485 ADP的FX2N系列PLC間，可作簡(jiǎn)易PLC通信連接。還加了M-NET網(wǎng)絡(luò)鏈接的通信模塊,以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)鏈接的需要。 共享外部設(shè)備可以共享FX系列的外部設(shè)備，如便攜式簡(jiǎn)易編程器FX-10P-E、FX-20P-E（需使用FX-20P-CAB0作連接線）。用SC-09電纜線與微機(jī)連接，可使用FX-PCS/WIN 編程軟件。2.2 軟件設(shè)計(jì)2.2.1 PID控制程序設(shè)計(jì)模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們?cè)趹?yīng)用的過(guò)程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個(gè)比較高的程度。比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。

37、其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時(shí)，但不能消除余差。在積分控制(I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。在微分控制(D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能猜測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。PID控制，P、I、D各有自己的長(zhǎng)處和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。2.2.2 PID控制算法圖2-5 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3.1所示，PID控制器可調(diào)節(jié)

38、回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、輸出量c的關(guān)系: 控制器的輸出為： （3-2）-PID回路輸出-比例系數(shù)P-積分系數(shù)I-微分系數(shù)DPID調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為 數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對(duì)偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律如表3.1所示：圖2-6 模擬與離散形式模擬形式離散化形式所以PID輸出經(jīng)過(guò)離散化后，它的輸出方程為: 式中， 稱為比例項(xiàng) 稱為積分項(xiàng) 稱為微分項(xiàng)上式中，積分項(xiàng)是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值。計(jì)算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實(shí)現(xiàn)位置式PID控制算法量。2.2.3 三菱FX2N程序設(shè)計(jì)流程圖 根據(jù)項(xiàng)目要求，現(xiàn)做出如下流程圖：NY加熱=45度=45度 保溫加熱PV采樣系統(tǒng)啟動(dòng)PID初始化 PID執(zhí)行指令D/A初始化 2.2.4 三菱FX2N程序設(shè)計(jì)梯形圖 由于本項(xiàng)目編寫的梯形圖較多,以下僅對(duì)程序重點(diǎn)部分作分析:1：PID 3 組態(tài)編程3.1 PLC通信配置與通信方式3.1.1 串行數(shù)據(jù)傳送和并行數(shù)據(jù)傳送1)并行數(shù)據(jù)傳送：并行數(shù)據(jù)傳送時(shí)所有數(shù)據(jù)位是同時(shí)進(jìn)行的，以字或字節(jié)為單位傳送。并行傳輸速度快，但通信線路多、成本高，適合近距離數(shù)據(jù)高速傳送。2)串行數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)傳送時(shí)所有