温度报警器课程设计

2022-08-28

第一篇：温度报警器课程设计

labview用户登录界面和温度报警超限课程设计

北华大学

虚拟仪器课设设计专班

业：

测控技术与仪器

级：

08-1班22号

学生姓名：

谭雨成

指导教师：

付伟

1引言 ........................................................................................... 3 2 系统设计及实现 ..................................................................... 3 2.1 登录界面设计 ................................................................. 3 2.2系统详细设计 .................................................................. 4 2.2.1系统初始化 ................................................................... 4 2.2.2 身份验证程序实现 ...................................................... 4 3前面板设计如下图 .................................................................. 7 4程序框图如下........................................................................... 8 5 心得体会 .................................................................................. 9 6 参考文献 ................................................................................ 10

LabVIEW用户登陆系统设计

1引言

大多数LabVIEW程序需要设计用户登录系统，它的主要优点：①有效保护私有数据。因为大多数LabVIEW程序针对工业测控领域，有必要对整个系统的各种配置参数、硬件设施等做出保护 ;②保护程序本身，设置软件使用权限，可以将非专业操作人员“拒于”系统之外，避免由于使用者误操作引起的系统崩溃。

系统设计及实现

2.1 登录界面设计

登陆界面力求简介、明了。程序一运行，鼠标焦点自动指向用户名输入栏，按 Tab键可以导航至密码输入栏。点击确定按钮后，可进入主程序，点击退出，则退出该系统，界面见图3所示。

图

3 登录界面设计

2.2系统详细设计 2.2.1系统初始化

程序开始运行，主要完成2个初始化任务：①清空用户名和密码输入栏 ;②鼠标焦点指向用户名输入栏。 2.2.2 身份验证程序实现

用户点击“确定”按钮后，程序将会搜索数据库中是否存在用户名和密码输入栏输入的内容，如果存在，则登陆成功，否则将返回错误提示;搜索数据库中指定的用户名以及显示对应密码，程序如图4所示。

图 4 搜索用户登录.vi 程序框图

执行完此语句将会返回数据库中所有包括“UserName”的行，索引数组的作用是索引出其对应的ID和密码。然后将此密码与用户输入密码进行比较，如相同，则登陆成功，进入主程序界面，并关闭用户登录界面;否则，返回错误提示，如图5所示。

如果数据库中无法索引到对应的用户名或者密码不正确，程序将返回错误提示，如图 7和图8 所示。

图 7密码错误显示

图8 用户名错误显示

此时，将弹出对话框提示信息，并清空用户名密码输入栏，鼠标焦点重新指向用户名输入栏，等待用户再次输入。至此，一个基本的用户登录系统已经实现，用户通过修改主程序路径来将本身嵌入到大型应用程序当中。

LABVIEW温度超限报警监测器设计

题目要求：做一个温度超限报警监测器，当温度超过报警上限，而且开启报警时，报警灯量，同时显示当前超限温度，当前时间，以及报警次数。

3前面板设计如下图

4程序框图如下

5 心得体会

本次课程设计完成用户登录界面设计和温度超限报警设计，都是基于虚拟仪器的Labview8.6软件的设计。课程设计圆满结束了，对于我经过努力所得的结果，我感到非常满意。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，虽然上课的时候讲过很多关于LabVIEW的应用，但课后也从没真正地应用过这个软件，对它一点都不熟悉，拿到的时候都不知道怎么做。但通过电脑对LabVIEW进行了几天的摸索学习，我终于把课程设计做好了，并发现其实LabVIEW很简单，很实用。通过这次课程设计我基本学会了虚拟仪器设计的步聚和基本方法，提高了动手能力，增强了理论联系实际的能力，也培养和发展了同学之间的感情，对此我感到非常欣慰。总之，在这次课程设计中我受益匪浅。

在这个课程设计中，我真正的感受到了虚拟仪器的优越性，“软件即仪器”，仅仅在Labview上写入一些图形程序，就可以实现相应的仪器的功能，只需要借助一台计算机，一个LabVIEW软件，就可以实现很多仪器的功能，真的好方便，好伟大啊!这真的是仪器界的一场伟大的革命，可以断定不久的将来虚拟仪器之风将刮到世界上每个角落。通过这次设计实践。我总结了使用LabVIEW编程的两个要点。第一，熟悉每个控件的用途、使用方法和在软件中的位置。LabVIEW有这么多控件，有这么单元，如果我们不知道每个单元是用来干什么的，那就根本谈不上应用它们了，只有在知道这个空间是做什么用的，我们才会去使用它。知道需要用到某个单元，但是不知道怎么使用，怎么连线，这也是很让人郁闷的事，所以我们得熟悉一些基本单元的用法。要想很快地做成一个虚拟仪器，就得熟悉每个单元所在的位置，以免在使用过程中找半天找不到它在哪个菜单中。第二，对于虚拟仪器设计来说，因果朔源的设计方法是一种比较好的设计方法，知道要做什么，知道需要哪些单元，我们就添加那些单元，按需求增添元件。

课程设计的过程中，我遇到了不少的问题，但最终我终究还是战胜困难，取得了成功，当然其中很大一部分功劳都要归功于指导老师和同学们，要不是没有指导老师的指导和与同学们的相互交流学习，我的课程设计肯定不会如此轻松。在此，我非常感谢我的指导老师和同学们。同时也感谢学校给我们提供了这样好的实验平台和良好的实践机会。

6 参考文献

[1] 陈锡辉.LabVIEW 8.60程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社,2007.

[2] Jeffrey Travis.LabVIEW 大学实用教程[M].乔瑞萍，译.北京：电子工业出版社，2008.

[3] Jon Conwy.软件工程方法在LabVIEW中的应用[M .]罗宵，译.北京：清华大学出版社，2006.

第二篇：单片机课程设计简易报警系统设计（定稿）

课程设计(论文)

题目名称

简易防盗系统设计

课程名称

单片机原理及应用课程设计

学生姓名

学

号

系、专

业

信息工程系、信息工程类

指导教师

2013年 6 月 28 日

1概要﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 3

2设计指标与要求﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 3 3设计方案与论证﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 3 4电路设计原理与流程图﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

3 5采用的主要元器件﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

5 6编程实现﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

5 7仿真结果与分析﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

10 8总结与致谢﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

10 9参考文献﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

概要

传感技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各个发达国家都将传感技术视为高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，基于传感技术的光电防盗系统也得到了高速的发展，最早的非可见光侵物探测器，有发射机将一个编码信号送到一个 IR LED中。此LED的输出聚成一束很窄的光束，并使其对准远距离仿制的接收机中的一只匹配的IR光敏探测器。此系统是以针尖视线的原理来工作的，它可以被任何一个进入到发射机与接收机透视镜之间瞄准直线上的大于针尖的物体所触发。随后又出现了给予被动是红外传感技术的被动式红外入侵报警器，它能可靠地将运动着的物体和飘落着的物体加以区别，同时它还具有强大的监控范围，隐蔽性好，抗干扰能力强，和误报率低等特点。

本设计采用光电传感器检测入侵者，其基本原理为：传感器感应到入侵者，将其转换成超低频信号，经电路放大，输出。同时由接受装置根据接受到的信号得到高低电平，输出。经判断，再将报警信号通过电路输入到单片机的接口上，由单片机决定是否对报警信号进行触发。

2设计指标与要求

采用光电式传感器检测入侵者，用蜂鸣器作为报警器的输出，报警距离≥10M;

3设计方案与论证

系统主控部分采用AT89C51芯片，当光电感应器感受到外部有入侵物时，发出信号，单片机接收到信号时，采用延时抖动，再次检测是否还有报警信号，如果有报警信号，启动报警器，红灯全部亮，报警结束后，红灯灭，绿灯亮，如果误报警，可以采用外部中断0使人工停止报警，如果光电感应器没能检测到入侵物，可以采用外部中断1人工报警，人工报警时流水灯亮，蜂鸣器响!

因为如果用光电感应器来检测入侵者，在仿真里无法看到现象，故采用开关来模拟光电感应器。

4电路设计的原理与流程图

(1)电路设计的原理

首先给单片机的P1.0安装一个开关，用来模拟光电感应器。然后给单片机的P3.1脚通过三级管接一个蜂鸣器，用于当有报警信号时用来报警。再给P3.0接4个LED灯，用于报警时显示报警灯作用。再给P3.2接一个按键，用于当光电感应误报警时，可以人工中断报警。给P3.3接一个按键，用于当光电感应没有报警时，按下可以人工报警。

(2)流程图

开始压入堆栈程序初始化P1.2=1P3.0=1P3.1=0P2=00HP1.2清零NP1.0=0?P1.2清零出栈N返回P1.0=0?P1.2=1P3.0取反P3.1取反20H=50TR0=1NTF0=1?Y压入堆栈P1.2=1R7=5P2=0FFH调用延时子程序NP2=00H调用延时子程序P3.1清零P1=0FFH调用延时子程序调用延时子程序YR7-1=0?YP3.1=1调用延时子程序30H=50TR0=1NTF0=1?YTF0清零TF0=0重装系统NN重装系统30H-1=0?P3.1=0P1.2=0出栈P2=00H返回结束YN20H-1=0?YP3.0=1P3.1=0P1.2=0

5采用的主要元器件

主要元器件：AT89C51,NPN,RES,CAP,CAP-ELEC,BUTTON,BUZZER, CRYSTAL 6编程实现

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP ZT0 ORG 0013H LJMP ZT1 ORG 0100H MAIN:MOV TMOD,#01 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB PX0 SETB IT1 MOV SP,#60 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH MOV P2,#00H CLR P1.2 LP:JNB P1.0,LA LJMP LP LA:LCALL DS01 JNB P1.0,ALARM LJMP LP DS01:MOV R1,#0FFH D1:MOV R2,#0FFH D2:NOP DJNZ R2,D2 DJNZ R1,D1 RET ALARM:SETB P1.2 CPL P3.0 CPL P3.1 MOV 20H,#50 SETB TR0 L2:JBC TF0,L1 LJMP L2 L1:CLR TF0 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ 20H,L2 SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 LJMP LP ZT0:PUSH ACC SETB P1.2 SETB P3.0 CLR P3.1 LCALL DS01 CLR P1.2 POP ACC RETI ZT1:PUSH ACC SETB P1.2 MOV R7,#05 DQ:MOV P2,#0FFH LCALL DS01 MOV P2,#00H LCALL DS01 DJNZ R7,DQ SETB P3.1 LCALL DS01 MOV 30H,#50 SETB TR0 L4:JBC TF0,L3 SJMP L4 L3:CLR TF0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ 30H,L4 CLR P3.1 CLR P1.2 POP ACC MOV P2,#00H RETI END

7仿真结果与分析

在系统正常的情况下，系统不断检测是否有警报信号，当检测有警报信号时，系统转入报警，从而蜂鸣器响。 8 总结

总结

课程设计是我们理论联系实际的最好的途径之一，让我们有机会把课本上学到的知识运用到实际生活中。目前单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，在我们平常的生活中也是随处可见，包括我们日常生活中随处可见的交通灯、闹钟等都含有单片机作为一个主要的部件，懂得并熟悉掌握单片机的运用技术常有用的。通过这次课程设计使对单片机语言的理解和掌握上有了很大的进步，以前所了解的单片机语言仅限于一些片面的知识，通过这次编程，将这些零零碎碎的知识汇集起来，编写出了一个完整的系统，并且对单片机语言的应用能力有了极大的提高。在这次课程设计的过程中，我深深体会到团队合作的精神是极其重要的。因为身在一个团队，有了困难大家一起解决，减少了压力，同时拓展了思维，交换了意见，一个人的思想当被接受和了解时，我们有了更多的思想关于一个问题，我想这些都是作为一个团队的好处。经过此次课程设计，我们经历了喜，怒，哀，乐。同时我们也对明年的毕业设计有了一定的想法和实现自己想法的决心. 9参考文献

[1] 李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009. [2] 江世明.基于Proteus的单片机应用技术[M].北京：电子工业出版社，2009. [3] 周润景，张丽娜. 基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006. [4] 张友德.单片微型计算机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2003.

第三篇：水箱加热系统的PLC温度控制课程设计

一、前言 1

1. 可编程序控制器的概述

2.FX2N系列PLC简介 2

3.特殊功能模块 2

4. 调功器 3

5. 温度变送器 3

二、系统设计 4

1.系统设计要求 4

2.系统硬件设计 4

2.1. 水箱温度自动调节系统： 4

2.2. 输入输出点数的分配表 5

2.3. 相关元器件的选型 5

2.4. PLC的外部接线原理图 6

3.系统软件设计 7

3.1. 模拟量与数字量的对应关系 7

3.2. 系统流程图的设计 7

3.3. 系统梯形图 8

3.4. 系统指令表 9

3.5. 系统实时监控图 10

三、总结 12

四、附录 13

4.1.课题介绍 13

4.2.控制要求 13

第一章前言

1.1 可编程序控制器的概述

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场这一需求迅速做出反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。可编程控制器就是顺应这一需要出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器-接触器控制系统。

国际电工委员会(IEC)于 1982年11月和 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。可编程序控制器(PLC)主要由CPU模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块能完成某些特殊的任务。从使用方式PLC分为： 1)整体式PLC(又称单元式或箱体式)整体式PLC是将电源、CPU、I/0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构;2)模块式PLC，将PLC各部分分成若干个单独的模块，模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构3)PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。

2.2 FX2N系列PLC简介

本次设计中，我们将采用FX2n系列PLC,FX系列PLC为单元型，内含CPU、电源和固定搭配的输入/输出。 Q4AR系列为双机热备系列，最大输入输出点数为8192点。 A系列PLC的最大输入输出点数为2048点。 F系列程控器的最大输入输出点数为256点。三菱小型 FX 2(N)系列程控器的输入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊功能模块，不超过8个。 FX系列在日本三菱的姬路制作所生产。三菱姬路制作所累计已生产超过三百万台 FX系列 PLC。目前FX系列PLC为中国内地销量最多的小型PLC。FX2n系列PLC是该系列中功能最强、速度最快的微型PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列 PLC 的特点超高速的运算速度 0.08微秒. 比FX2的0.48微秒快六倍.容量极大8K步(最大16K步).比FX2大四倍.机体小型化比FX2小50% .兼容FX2的编程设计.备有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块.

殊功能模块

在工业控制中，某些输入量(例如压力、温度、流量、转速等)是连续变化的模拟量，某些执行机构要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换成标准的电流和电压。其中，D/A转换器将PLC的数字输出量转换成模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是完成A/D转换和D/A转换。根据设计要求，本次设计选用模拟量输入模块FX2N-4AD，该模块用4个12位模拟量输入通道，输入量程为DC-10V??+10V和4—20MA，转换速度为15MS/通道或6MS/通道(高速)。

2.4 调功器

调功器是应用晶闸管(又称可控硅)及其触发控制电路用于调整负载功率的盘装功率调整单元。

在电子设备中起重要作用的晶闸管(也称可控硅，英文缩写SCR)被广泛用于各类生产部门，正在成为自动化、高效化不可缺少的装置。在最新的温度控制中晶闸管的利用明显的普及起来。但在国内对其有不同的叫法，如晶闸管调整器、可控硅调整器、晶闸管控制器、可控硅控制器、晶闸管调压器、可控硅调压器、晶闸管调功器、可控硅调功器、调压器、调功器、晶闸管交流电力控制器、可控硅交流电力控制器、电力调整器、电力控制器、电压调整器、电压控制器等。

2.5 温度变送器

温度变送器，专应于热电阻或热点偶，讲温度转换成4-20MA的电流信号。

至于要不要加模块，要看接受的控制器对于输入信号是0-10V还是4-20MA。一般现在的控制器，都直接配有相应的温度变送器模拟量输入模块，如温控器，PLC的热电阻模拟量模块等

温度变送器的作用是与热电偶或热电阻配合，将温度或温差信号转换成4—20毫安的统一的直流电信号，并将这些信号输送给调节器或显示仪表。PT100的热电阻输出的是电阻信号，变送器输出的是毫安信号,

温度变送器0-100度与0-150度最大值时输出电流均为20MA，所以当温度同为100度时，0-100度的变送器输出电流为20MA，而0-150度的变送器输出电流为14-15MA左右。所以在不改变接收装置参数的情况下它们不可以互换。

第二章系统设计

2.1 系统设计要求

本系统的被控对象是1KW电加热管，被控制量是水箱的水温T，PLC的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管的通断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。它由铂电阻PT100测定，输入到温度变送器上，量程为0~100℃。温度变送器变换为4~20mA传送给PLC的模拟量输入通道。根据给定值加上dF与测量的温度值相比较的结果，PLC模拟量输出通道向晶闸管调功器发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的

2.2 系统硬件设计

根据对系统设计内容的分析，确定控制系统所需要的输入输出点数为1/3点。选用FX系列PLC, 输入输出点数的分配如表2-1所示，由于系统必须对温度信号进行采集和控制，还必须使用到模拟量输入/输出模块FX-4AD模块、晶闸管跳功模块、温度变送器。

2.2.1水箱温度自动调节系统：

该闭环系统的组成中，刮号中的部分即用FX系列的PLC和模拟量FX-4AD模块实现;用热电偶检测水箱温度，温度变送器将温度转换为标准量程的电流送给模拟量输入模块，经过PLC的内部处理将模拟量转化成可识别的数字量与设定值比较处理，在将控制信号作用于控制调功器上，以此来控制水箱中电热管的开关情况，实现对水箱温度的闭环控制。

2.2.2 输入输出点数的分配表

表2-1 输入和输出点分配表

2.2.3 相关元器件的选型

表2-2 元器件明细表

2.2.4 PLC的外部接线原理图

PLC的外部接线原理图

图2-4 PLC的外部接线原理图

第三章系统软件设计

3.1 模拟量与数字量的对应关系

转化时应综合考虑变送器的输出、出入量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A/D转换后的数据之间的关系。

根据系统要求，所要测量的温度量程为0-100C,所对应的数据量为0-2000，由此可根据公式：

测量温度=(100*D0/2000)C=0.05D0C

其中，D0为PLC转换出来的数字量

3.2 系统流程图的设计

PLC梯形图

3.4 系统指令表

3.5 系统实时监控图

监控图3

第三章总结

两周的PLC课程设计对我收益匪浅，让我系统性地认识和全面地掌握了PLC编程和调试技术，让我将平常学的PLC编程及应用方法学以致用，使我的PLC编程能力有了很大提高和进步，让我对PLC应用有了深入细致的了解。

第一、二周，我们寻找有关的资料和课题小组成员间一起交流看法和讨论设计方案，进行设计的总体规划，理清课程设计思路。但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现意想不到错误，这就需要我们在进行设计的过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题的关键不断地改正自己的设计不足之处和错误。

第三、四周，对硬件电路的工作原理和可编程知识的掌握是进行下一步的软件设计的关键。进入了软件设计方案和具体的编程和调试运行阶段。在这个阶段中，对系统的需求分析和如何采用模块化设计思想是设计方案主要解决的问题。在这一周遇到最大的问题就是如何实现闭环方法来实现温度控制，在没有任何有价值的参考资料的情况下，通过不断地设计尝试和反复地设计调试初步解决了问题。但是也存在了设计上的不足之处。需要用到模拟量的输入/输出模块，而且所编程序也和课堂上老师所讲完全不一样，给我们的课题制作带来了很大的困难。但是我们还是通过查阅资料，询问老师按时完成了我们的课题。

四周的PLC编程及应用的课程设计，发现自己在这方面的学习还需要不断的加深。通过这段时间的学习认识，对温控闭环的系统有了一个整体的认识，熟悉各种器件和软件应用。在这里，本次设计中感谢两位指导老师对我的帮助。

4、附录

4.1.课题介绍

4.2.控制要求

设计PLC模拟量输入输出的闭环控制系统，实现水箱的自动

调节和控制。根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工

作环境和控制要求，确定控制方案。绘制水箱加热系统的PLC位式温度控制系统的电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。选择电器元件，列出电器元件明细表。编写设计说明书。

第四篇：基于西门子PLC的变频调速和温度控制课程设计报告

PLC课程设计报告变频调速和温度控制

姓名：学号：班级：学院：完成日期：

一.课程设计目的

1.了解常用电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则

2.学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步具有设计电气控制装置的能力。从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。

3.进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力;上网查寻信息的能力;运用计算机进行工程绘图的能力;编制技术文件的能力等等。从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。二.设计题目

一.PLC控制变频调速系统设计与调试

控制要求：

1.变频调速器受 0 ～ 10V 输入电压控制：(实验室有可能是4-20mA电流信号) 0V 输出频率为 0HZ，对应同步转速为 0 r/min; 5V 输出频率为 50HZ，对应同步转速为 1500 r/min; 10V 输出频率为 100HZ，对应同步转速为 3000 r/min;

输入电压与输出频率按线性关系变化。

2.要求输出转速按下图(见附图)函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。

课题要求：

1.按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。

2.完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。 3. 完成课程设计说明书二.温度控制设计要求：

恒温控制实验模块，是一个简化的温控系统。其中，温度信号由Pt100传感器送致变送器的测温器提供为4~20mA的模拟量，送入PLC的EM235模拟量输入模块，经过控制程序处理后，以4～20mA的模拟量输出到晶体闸管调整器，晶闸管调整器控制电热丝的加热功率，使被加热的铝散热器温度控制再设定温度附近，组成一个恒温闭环控制系统。

1.要求用PLC内部PID调节功能设计恒温闭环控制系统的控制程序。

① 温度变送器出来的标准量范围是4～20mA，即输入值4mA对应0℃，20mA对应100℃。因此信号在使用之前必须将它划到对应的范围;

② PID调节功能直接使用PLC内部的PID回路指令;

③ 温度设定值为50℃，上限幅温度值为55℃，下限幅温度值为45℃;

④ 比例增益、采样时间、积分时间、微分时间、产生定时中断的间隔时间等参数值自行确定;

⑤ 由Q0.0到Q0.7输出8位BCD码(十进制两位)的温度值，到数码管上显示其0～99℃的温度值。

2.在设计梯形图程序之前，应画出流程图和I/O接线图(包括数码显示接线图)。

三.设计内容与过程

选题一：变频调速

PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器已风靡全球;变频器作为交流电动机的驱动器，广泛应用于现代的工业生产和民用生活中。通过本次设计掌握PLC控制系统、变频调速系统、电机拖动及测速显示系统的硬件的使用，电路、程序的综合设计方法及对编程软件的编辑及调试。

1. 实验设备

PLC控制电机变频调速系统由S7-200PLC、变频器、电机及电机测速系统、触摸屏等组成。需使用的实验设备有：上位计算机(PC机)一台;S7-200PLC一台、EM235模拟量扩展模块(4输入1输出)一块;PC/PPI编程电缆一根;模拟输入开关一套;JD-PLC变频调速实验模块一块;200VA自耦调压器一台;可加载/可测速的三相异步电动机系统一套。

2. 实验内容和步骤

AC220VKM变频器T1T2T3PCSTFSTRRHRMRLSD102SINK自耦调压器L三相电源1L2插座L3UVWP1+-ABCRUNSE1M涡流加载测速外部晶体管公共端DC24V电源接点输入公共(源型)正转启动反转启动高速中速低速接点输入公共3频率设定器(手动)2电机系统总成短路片FR-BEL端DC0.3～5V异常输出接PLC开关量输入运行运行状态输出集电极可接入PLC开开路输出关量输入端公共端(+)模拟信号输出(DC0～5V)(-)接PLCEM235SOURCE1电流输入(-)(来自PLC(+)EM235输出)(自动)5(公共端)AM54(DC4～20mA)RS-485接口主回路端子

图1 PLC控制电机变频调速实验总图

控制回路输入端子控制回路输出端子三相控制电源模块AL1KMBL2CL3NNLSB1电源断变频调速实验模块变频器UU1VV1WW1NSB0电源通KMKML测速与加载M电机测速与加载实验台涡流制动电源输入端NLzL自偶调压器U2V2W2N

图2 PLC控制电机变频调速外部主电路接线图

控制过程：

0通过PLC控制变频器，使三相异步电动机按下图所示的曲线运行，电机运行可分为五个部分：第一部分要求电机起动后在25s内从0(r/min)线性增加到1168(r/min);第二部分进入恒转速运行阶段，运行时间为10s，转速仍为1168(r/min);第三部分进入减速阶段，电机转速要求在20s内降到584(r/min);第四部分保持584(r/min)10s;第五部分要求电机转速从584(r/min)在20s内降至0(r/min)

10V6.4V3.2V02535556585

参数计算及说明：

在电机变频调速控制系统中，变频器的输入信号是4～20mA 电流信号，而PLC的模拟量输出值范围是 0～20mA。 0～20mA 的模拟量对应的 PLC 内部数字量是 0～32000，所以需要进行数据转换。4mA 对应的数字量是 6400，变频器输出 0Hz对应的电流信号为 4mA。所以第一部分加速阶段,要将频率设定电流信号从 4mA 增加到 16. 8mA。编程时可以在6400刻度值的基础上，均匀地间隔一定时间逐步加刻度值到26880 (如果间隔时间为0. 1 s, 则82×250 =20500) 。判断转速是否增加到1 168 r/min 的比较值必须是转速测量电压信号刻度值。照此法,同理可得到第三阶段(将频率设定电流信号从16. 8mA减少至10.4mA，间隔时间为0. 1 s, 则52×200 =10400)和第五阶段(将频率设定电流信号从10.4mA减少至4mA，间隔时间为0. 1 s, 则51×200 =10200)减速部分输出的控制方法。

启动按钮SB1输入信号停止按钮SB2变频器线圈I0.0I0.1输出信号Q0.0

图3 I/O端口地址分配表

KM1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.31MI0.0I0.1I0.2I0.3SB1SB2

图4 I/O端子接线图

图5 PLC控制电机变频调速顺序功能图

开始初始化，调用子程序0电机启动按钮按下?YN定时器启动延时，电机加速加速时间25S已到(T37=1)?YN定时器T38启动，减速运行保持时间10S已到(T38=1)?NY定时器T39启动，减速运行减速时间20S一道(T39=1)?NY定时器T40启动，恒转速运行恒转速保持时间10S已到YN定时器T41启动，电机再次减速结束

图6 PLC控制电机变频调速流程图

PLC控制电机变频调速梯形图程序：

选题二：温度控制

本设计目的在于熟悉模拟量输入处理的一般方法，熟悉PID控制及模拟量模块的输入/输出及进一步熟悉子程序、中断等。

1.实验设备

上位计算机(PC机)一台;S7-200 PLC一台;PC/PPI编程电缆一根;模拟输入开关一套;JD-PLC9温度闭环控制系统实验模块;以及PLC，增加了EM235 4模入/1模出的模拟量扩展模块一块。

2.设计原理与内容

在这个闭环控制系统设计中，系统完全是采用实际工程中使用的小型器件组成，完全再现了温控装置的控制的真实工况。程序结构可分为输入信号处理和PID调节输出两大部分，其中两大部均涉及子程序调用，后一部分还涉及中断，具体也可为一段主程序、两段子程序、一段中断程序，主程序OBI中可以包含读入反馈信号、调用子程序、显示的平均值计算、两位显示换算和BCD码转换;子程序SBR_0是将所有待用的变量寄存器初始化清零，俗称“开辟空间”;子程序SBR_1为设置PID回路参数和产生定时中断，其中产生定时中断的中断事件号可查表;中断INT0是执行PID运算及输入/输出量换算。

因为PID回路指令的使用在回路表中只要填入输入信息和组态信息即可进行PID运算。要填好这些信息，有的还需要应用“自控” 方面的知识，加热系统的热惯性较大的系统，参数选择容易满足要求。由设计者填写的只是给定值(SPn)、增益(Kc)、采样时间(Ts)、积分时间(TI)、微分时间(TD)5个参数以及产生定时中断的间隔时间。如采样时间(Ts)可根据系统的特点适当放长一些，并可与定时中断的间隔时间同步。增益(Kc)、积分时间(TI)、微分时间(TD)在设计时系统参数无法获得，只要粗放地填写即可(为防止超调，一般取值较“小”)，PID的这些调节参数可在调试时修整。恒温控制的限幅环节，主要是为了防止超调和失控而采取的保护措施。只要在温度超过限幅值时，将模拟量输出端电流信号置到4mA(最小输出)即可。但应注意模拟量模块的输入/输出的值都是选取的国际电工组织规定标准信号范围4~20mA，而西门子S7—200的模拟量扩展模块各种输入/输出档均是从0开始的，温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系如图2-1所示。如果按原始“座标”0.5的给定值不是50℃温度设定值，因此，只要将原座标0点沿45°上移，将(4mA, 6400)作为新“座标”的的0点，这时0.5的给定值就是50℃温度设定值(最终0.5005)。编程时，可在信号读入/输出时将刻度值减/加6400，变化量为25600，即温度信号输入先减去6400，除以25600最后就转化过程变量PV。反之，可知PID输出值的转化。

刻度值32000(100%)2560019200(50%)6400(0%)04mA(0℃)12mA(50℃)20mAI(mA)(100℃)

图2-1 温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系

实验模块上的温度显示，是将经取平均处理过的温度信号刻度值，通过四则运算指令化为0～99范围的温度值，再将其化为BCD码，送到QB1上输出，再经过导线将输出位与七段码译码器的输入端子连接，数码管上就能显示0～99℃的温度值。

℃0V+5VCOM12L3L十个温度显示B2C2D2A2A1B1C1D1Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7S7-226开关量输出BCD码温度值

图2-2 数码管温度显示接线图

3.调试步骤

开机后，按预先设计好的恒温控制梯形图程序，键入程序编译下载(下位机需上电)后，运行该程序，调试时不断改变PID参数，使加热器总成的温度始终保持在50℃，达到设计要求，即完成实验。在运行该程序之前，应按图2-

2、图2-3和图2-4接线，特别应当注意数码管温度显示BCD码端接的是DC5V电源。当选择自动运行方式时，实验模块上的斜率调整电位器的接线端子R2和R3应短接

电流发送器RAMA+L++24V-A-RBMOB+VOB-„„IOEM235扩展模块接线端调功器信号端

图2-3 EM235接线图

EM235RAL0A+M0A-DC24V(+)(-)变送器～220V(插座)加热器Pt100to加热器总成C2C1-晶闸管调功器

图2-4恒温控制系统示意图

4.恒温控制梯形图程序：四.本次设计心得体会

为期一周的PLC课程设计结束了，通过本次课程设计，我对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。利用了S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出，模拟量输入/输出进行控制，主要实现了变频器在PLC控制作用下的变频调速。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，特别是PLC控制电机变频调速系统设计，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以模拟量为主题的课程设计精益求精。

经历自己设计实验和查阅资料，让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的知识，让我了解了大概的选型和注意事项，并自己动手实验，参照一些编程试着去编一个看似很宏大的程序，资料上查到的是欧姆龙或者是三菱的编程语句，但是通过他们的编程思路，我们可以借鉴到自己的西门子S7-200程序设计中，编程序的过程中遇到了很多问题，通过不断的问同学，反复的思考，调试，终于编出了通过调用子程序和定时中断程序来达到控制的目的，此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子S7-200PLC的更多知识，对其他公司的PLC也有了一定的粗浅了解，我知道这知识仅是很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。而且通过本次综合性设计的实践和锻炼，我对PLC系统设计工作流程有了更深入的认识，也燃起了我努力把PLC学至精通的激情与信心。

最后我对于指导老师的不厌讲解和无私指导深表感谢!

参考文献

[1] 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

第五篇：《温度和温度计》教学设计

《温度和温度计》

一、教学内容：教科版小学科学第二册(三年级下册)“冷与热”单元第三课时的内容。

二、教学目标：

1、掌握温度计和温度的概念。会识别刻度、标记和数字。知道摄氏温度计的标定方法。认识温度计制造的原理。

2、掌握摄氏温度的读和写，重点是零上和零下的区别。要强调零下温度自0℃ 向下，数字越大，表示温度越低。

3、会读出温度计指示的温度。知道如何准确地使用温度计。

三、重点：

摄氏温度的读和写。

难点：

正确的使用温度计。

四、教学准备：温度计、各种温度计的图片、记录中卡、冷热水、烧杯、筷子。

五、教学过程：

(一)谈话导入：你感觉今天的天气怎么样?

设计目的：教学开始的导入，以学生为本位，从生活实际入手，让学生根据已有的生活经验对今天的天气进行判断，在谈话中理解温度，引出温度的概念。(物体的冷热程度)要想知道准确的温度，光靠感觉是不行的。要使用工具——温度计。 (板书：温度与温度计)

(二)学习温度的读法与写法。

1、猜一猜今天13：00时操场上空气的温度? (距地面

1、5米处)

2、猜一猜操场地表的温度。

3、你们知道养蚕的最佳温度是多少么?

4、猜一猜我们修水历史最高温是多少?

5、猜一猜我们修水历史最低温是多少?

(要求：请学生把所猜测的温度写在黑板上，其他同学在科学活动手册上记录。老师和同学们一起学习我国常用的温度单位——摄氏度的读法与写法。)

设计目的：猜测与假设也是科学探究的重要环节。这里让学生在教师所提供的信息上做一定猜测，既训练学生推理思维，又激发了利用温度计的欲望;还可以了解当地的气象史;学会科学的养蚕。(养蚕是本学期科学课的重要内容。)而预测地表和距地面1，5米处的温度是为以后的学习打下基础。因为百叶箱的高度是距地面1.5米。激发学生的学习热情，在游戏中完成了摄氏度的读法和写法。

(三)认识温度及温度计

1、回忆你所见过的温度计是什么样子。

2、观察、了解温度计的构造。

3、小组观察、交流、汇报： (1)温度计由哪几部分组成? (2)同学们在观察温度计时发现了什么意外的现象?引发对这种现象的探究，从而得出温度计是根据液体的热胀冷缩性质设计制造的。

(3)关于温度计你还知道哪些?引出温度计的发明史。设计目的：告诉学生在平时的生活中要注意观察，教会学生科学的观察方法。了解温度计的基本构造和制造原理，渗透温度计的发明史。

(四)分组测量一杯水的温度。

1、小组汇报测的数据。

2、为什么一样的温度计、一样的水测得温度不一样?

3、师生共探讨温度计的正确使用方法。

4、再次测量烧杯里水温度。

5、小结。

(六)认识不同的温度计。(多媒体课件)