万能材料试验机加热保温装置的设计.doc

1、摘 要温度在材料进行试验时对其机械性能、工艺性能影响非常大。目前国内的万能材料试验机只能在常温下进行材料的力学性能实验，不能满足在不同温度条件下研究材料的力学性能，国外有类似产品，但其价格十分昂贵。因此本文的目的就是设计一个能够加热和保温的装置。通过对有关万能材料试验机现存问题的分析，由于对温度控制精度要求较高，而且能够对多点温度进行测量，并且控制过程方便简单，可对温度控制进行编程。所以确立了以三菱FX2N-64MR型可编程控制器（PLC）为控制核心，与FX2N -2LC温度调节模块相结合，在常规PID控制基础上，进行硬件和软件设计，实现对万能材料试验机试验箱的温度控制。通过温度传感器pt10

2、0对温度进行巡回检测，检测的信号经A/D模数转换得到相应的数字量，温控模块FX2N -2LC再进行判断和运算，得到应有的控制量，再经过D/A数模转换得到相应的模拟量，去控制加热接触器的通断，从而达到对温度的控制。另外利用组态软件设计上位机控制界面，通过FX2编程口与可编程控制器进行链接，利用RS232定的方式进行通信，以监视和辅助控制试验机保温腔的温度。关键词：加热保温；PID控制；可编程控制器；FX2N -2LC温控模块；组态界面Abstract It is very large that the temperature affects the materials on the mechan

3、ical properties and processing properties in the test. Currently the universal material testing machine can only testing the mechanical properties of materials under the room temperature . It can not meet the conditions of different temperature which to research the mechanical properties of material

4、s . There are some similar products in abroad ,but the price is very expensive . So this article is aimed at designing a device to heating and insulating . Because of the high precision of temperature control , and it is required the temperature control system be able to do multi-point temperature m

5、easurement.Even though controlling the process easy and convenient ,and can be programmed in the temperature controlling .Through the analysis of the existing problems of the universal material testing machine, so establishing the Mitsubishi FX2N-64MR Programmable Logic Controller type as the contro

6、l center and combining with the FX2N-2LC which is a temperature control module . In the basis of conventional PID control ,making hardware and software design ,and achieving the temperature control of the universal material testing machine . By temperature sensor pt100 on the temperature for circuit

7、 testing , the signals of the detection convert the corresponding digital by A / D analog-digital. More, the temperature Control Module FX2N-2LC judgments and operats, getting amount of control they deserve.Further, go through D/A digital-analog converter getting the corresponding analog to control

8、the heater on or off to achieve the control of temperature.At the same time ,using the configuration software to design the temperature monitoring and controlling interface of the PC to monitor and assist-control the temperature of the cavity insulation of the testing machine by using the FX2 progra

9、mming port to link to the Programmable Logic Controller and RS232 to communicate in the manner .Key words：heating and insulating ;PID control ; Programmable Logic Controller ; FX2N-2LC temperature control module ;Configuration interface目 录引 言11 绪论21.1 课题来源21.2 目前温度控制系统21.3 课题的设计与分析32控制理论42.1 闭环控制系统4

10、2.2 阶跃响应42.3 PID控制的原理和特点43 硬件设计73.1 硬件总体结构73.2 主控模块的选择与设计73.2.1PLC的选用73.2.2PLC简述93.2.3PLC控制电路设计123.3 温度控制模块的选择与设计133.3.1温控模块的选用133.3.2温控模块的简述133.3.3FX2N-2LC控制电路设计204软件设计（1）234.1 软件设计思想234.2 控制要求及软元件定义234.2.1控制参数及要求234.2.2输入输出信号定义244.2.3内部继电器定义244.2.4数据寄存器定义244.3 系统软件组成254.3.1温度设定值输入254.3.2模块状态的读出254

11、.3.3模块参数的赋值264.3.4模块控制与报警275软件设计（2）295.1 组态软件简述295.2 监控主界面的设计305.3 数据报表设计325.4 报警记录设计356试验箱的设计376.1 试验箱结构图376.2 保温腔结构图386.3 窗门结构386.4 材料选用396.5 保护层397总结40谢 辞41参考文献42附 录43引 言温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。温度是科学研究过程中的常见控制参数之一，温度控制在很多研究场合直接影响着研究成果的成败及精度，对温度的测量与控制具有广泛的实际应用价值和应用前景。

12、目前国内的万能材料试验机只能在常温下进行材料的力学性能实验，但是在做科研时，很多时候需要在不同温度条件下研究材料的力学性能，或者研究在不同温度条件下，材料的组织结构特点及性能等。这就需要对实验的温度环境进行可控性操作，使其达到所需要的温度。目前国内尚未发现类似装置，国外有类似产品，但其价格十分昂贵，实用时不能根据所需万能材料试验机的机型来搭配使用。因此本文的目的就是设计一个能够加热和保温的装置。本设计通过对有关万能材料试验机现存问题的分析，确立以PLC为控制核心，与FX2N -2LC温控模块相结合，应用PID调节原理，进行硬件和软件设计实现对万能材料试验机温度的控制。另外利用组态软件设计上位机

13、控制界面，以监控和辅助控制试验机保温腔的温度控制。本设计参考了以往温度控制的设计经验，并结合试验机的性能，简化设计机构，并且运用GX Developer编程软件、组态王6.51 等软件进行编程和操作界面的设计。本设计方案结构紧凑，温控系统性能稳定，动态性能良好，可靠性高，控制效果良好。1 绪论1.1 课题来源万能材料试验机是对材料进行拉伸、压缩、抗弯试验，在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所

14、的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。材料应用在各个领域的不同条件和环境下，这就要求不同条件和环境下使用的材料的性能各有不同，即使是同种材料的要求也不一样。温度在材料进行试验时对其机械性能、工艺性能影响非常大。比如，温度对玻璃的拉伸实验起着至关重要的作用，其稳定性直接关系到拉伸过程中机械结构所受力的变化和拉伸速度的变化，对有机玻璃的性能起着决定性作用。目前国内的万能材料试验机只能在常温下进行材料的力学性能实验，但是由于温度对材料组织性能的影响。这就需要对实验的温度环境进行可控性操作，使其达到所需要的温度。目前国内尚未发现类似装置，国外

15、有类似产品，但其价格十分昂贵，实用时不能根据所需万能材料试验机的机型来搭配使用。因此本文的目的就是设计一个能够加热和保温的装置。1.2 目前温度控制系统温度是工业生产、科学研究和日常生活中常见和最基本的工艺参数之一。现在，用继电器、单片机、工控机或PLC来实现温度控制的应用己经比较普遍，无论在系统的整体设计上还是在系统的开发过程中，都己经有比较固定的模式，而且各个环节的设计技术也比较成熟，对于工程设计者而言，只要通过一段时间的钻研，就能够实现一个系统的控制。所以用PLC来实现温度控制还是比较方便可行的。PLC控制系统用于工业上控制温度比较具有优越性，也方便大众化操作，所以本加热保温系统采用PLC控制。温控系统的分析：（1）继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想在改变或增加功能较为困难，兼且其触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大的限制。该控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点