1、 机电一体化课程设计 基于PLC的恒温控制系统 学 校 名称： 设 计 人 ： 指 导 老师： 二一年六月二一年六月 1课题要求及背景意义 1.1 课题要求 设计一个基于 PLC 的恒温控制系统，系统采用多个温度传感器检测室内 温度，要求对各个传感器信号求平均值并实时显示温度值，精确到小数点后 一位。 设定恒定温度为 25 摄氏度， 当温度低于 24 摄氏度时控制电动机正转， 当温度高于 26 摄氏度时控制电动机反转。 1.2 基于 PLC 的恒温控制系统的现实意义 温度与人类的生产生活有着密切的联系，在工农业生产中温度是最常见 最基本的参数，在机械电子等各类工业及农业温室中均广泛需要对温度进
2、行 的检测并进行相应控制。 可编程逻辑控制器(PLC)是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控 制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号 和接受输入信号。PLC 综合了计算机和自动化技术，不但可以很容易地完成 逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入 输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的 自动控制。 2系统简介及方案论证 2.1 系统设计主要技术指标与参数 1能够比较精确地实现对环境温度的检测，测温范围 15.939.1。 2能实现环境温湿度的实时显示，精确到小数点后一位。 3设定温度为 25，温度低于
3、 24时电动机正转，温度高于 26时电动机 反转。 4设计出传感器的接线电路，LED 显示器的连接电路，PLC 接线图，梯形图， 指令表及元器件的选择与计算。 2.2 设计方案的论证 本设计主要以三菱 FX1N-40MR 系列可编程控制器（PLC）为主要的控制 元件，实现对环境的温度进行实时检测和显示。 本设计利用由热敏电阻及普 通电阻组成的双臂电桥作为温度传感器采集温度信号，后接运算放大器进行 信号放大，并经过数模转换器（ADC）将采集的温度信号由模拟量转换为数 字量输入 PLC 中数据经过 PLC 处理输出控制信号并显示。显示部分采用 LED 八段数码管进行显示，本设计使用了三个 LED
4、数码管进行显示，能够显示当 前环境温度平均值，精确到小数点后一位，并能实现当环境的温度超出设定 范围时发出控制信号控制电动机进行相应的动作。 系统原理框图如下图 2-1 所示。 图 2-1 系统原理框图 3.系统的硬件方案与设计 3.1 传感器的选型与设计 传感器是本设计最重要的部件之一，它的选取好坏对整个系统而言，非常重 要。考虑到稳定性、价格、自己动手实践等方面的因素我们决定采用热敏电阻电 路作为温度传感器使用。对于热敏电阻组成传感器，需要借助适当的电路，将电 阻的变化转换为相应电压或电流的变化，才能供后续电路使用。最常见的转换电 路是众所周知的惠斯顿电桥（简称电桥） 。我们为提高灵敏度采
5、用双臂电桥的形 式。 3.1.1 热敏电阻温度特性 热敏电阻的Rt t特性在不太宽的温度范围内可以用如下公式描述： Rt= R0e B( 1 t 1 t0) 式 3-1 式中，Rt、R0分别为温度为 t（K）和t0（K）时的电阻值；B 为热敏电阻的 材料系数，一般情况下，B=20006000K。 若定义1 R dR dt 为热敏电阻的温度系数 a （即温度变化 1时电阻值的相对变化 量） ，则由上式得 a = 1 R dR dt = B t2 式 3-2 例如 B 值为 4000K，当 t=293.15K（20）时，热敏电阻的 a=4.7%/，由上 式可见，a 随温度的降低而迅速增大，由于热敏
6、电阻非线性严重，所以在实际使 用时要对其进行线性化处理。但在本设计测温范围内（15.9-39.1） ，阻值和 温度变化可近似看做成线性关系。 3.1.2 温度特性的线性化处理及测温电桥 考虑到本恒温控制系统设定温度为 24-26，超出此范围后会使电动机进 行相应的动作调整温度，所以我们将 20-30的Rt、U(t)随温度 t 变化数值录 入表格，做出相关变化图像，得到非参量数学模型，并得出 20-30范围内的 近似线性关系的参量数学模型。使系统在 20-30范围内有较高的精度，忽略 其非线性因素造成的影响。 取热敏电阻的材料系数 B=4000K，R0= 1000、t0= 298.15K（25）得到 下表： t Rt t Rt t Rt t Rt 20.0 1257.1232 22.5 1120.1308 25.0 1000.0000 27.5 894.4388 20.1 1251.2874 22.6 1115.0184 25.
