1 引言
溫度是工業(yè)上常見的被控參數(shù)之一，溫度控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，而恒溫控制在生產(chǎn)當(dāng)中占有很大的比重，很多的生產(chǎn)當(dāng)中均需要保持一定的溫度范圍，因此研究恒溫控制具有普遍意義[1]。本文采用PLC在恒溫箱裝置中的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用傳感器對(duì)水箱中的溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過熱電阻檢測(cè)出水箱內(nèi)的溫度，再用溫度傳感器把溫度變成電壓信號(hào)，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路把得到的模擬信號(hào)送入控制器，通過比較采集的信號(hào)與PLC中的設(shè)定值來控制溫度的。此系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，改善了工作條件，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不但克服了人為的不穩(wěn)定因素，而且吸收人為調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)[2]。本文以PLC恒溫水箱控制為例，對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行初步探討。
2 工作原理介紹
本控制系統(tǒng)采用FX2N-64MR PLC，以可編程控制器為核心，組成一個(gè)集溫度的采集、處理、顯示、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。水箱中的液位值，其模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量進(jìn)行控制，溫度控制通過熱電阻及熱電阻模塊再進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得到偏差來控制加熱裝置的功效。用一個(gè)加熱裝置進(jìn)行加熱時(shí)，選定熱電阻作為溫度傳感器，通過PLC的模擬量擴(kuò)展模塊熱電阻對(duì)采集到溫度數(shù)據(jù)，模塊本身將線性化處理，冷端補(bǔ)償，不需要任何外部的變送器或外部電路，就能完成全部數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理功能。由PID運(yùn)算之后，得到一個(gè)差值來對(duì)晶閘管的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用LED顯示管顯示采集到的溫度值，為了方便對(duì)各種水箱中水溫進(jìn)行控制，可以把通過一個(gè)撥碼盤輸入數(shù)據(jù)給PLC，對(duì)給定的溫度值進(jìn)行修改[3] 。系統(tǒng)原理如圖1所示。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
首先利用傳感器對(duì)容器的液位﹑溫度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過PLC邏輯運(yùn)算處理后對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行器進(jìn)行控制。主要包括溫度控制電路設(shè)計(jì)、溫度采集電路等。
3.1溫度采集電路
在溫度采集和控制系統(tǒng)中，溫度傳感器采集到的溫度信號(hào)大都是微弱的模擬電信號(hào)，要經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換，包括放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、冷端補(bǔ)償、線性化處理、數(shù)字濾波等，才變成了計(jì)算機(jī)能夠接收和處理的有效的數(shù)字信號(hào)。在PLC溫度控制系統(tǒng)中，溫度傳感器采集到的微弱毫伏電信號(hào)不能直接送給PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊，必須由外部溫度變送器將溫度信號(hào)進(jìn)行放大、冷端補(bǔ)償、線性化處理，再送到A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入通道，轉(zhuǎn)換為規(guī)范的數(shù)字信號(hào)供 PLC處理。在FX系列PLC中具有熱電阻模塊FX2N-4AD-PT，能自動(dòng)進(jìn)行線性化處理，有冷端補(bǔ)償功能[4]。
3.2溫度控制電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中的觸發(fā)電路的控制觸發(fā)電路如圖3所示，雙向晶閘管過零觸發(fā)采用帶過零觸發(fā)的光電隔離集成芯片MOC3061。MOC3061芯片的輸出端用4、6管腳，一般采用6腳接外部電源相線，4腳接零線的方式，這樣可以通過內(nèi)部過零檢測(cè)電路，保證電壓過零時(shí)發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)外部雙向晶閘管。與傳統(tǒng)觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)相比不需同步電源變壓器、脈沖變壓器、觸發(fā)器的工作電源運(yùn)行十分可靠，性能價(jià)格比高。
4 PID控制程序設(shè)計(jì)
本文采用基于PID過程控制模塊的控制方法，利用FX2N-2NLC的自調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)調(diào)節(jié)各相關(guān)參數(shù)。PID回路有2個(gè)輸入量即SP(給定值)和PV (過程變量)。SP通常是固定值，PV則要經(jīng)過擴(kuò)展模塊經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到。SP與PV是實(shí)際值，由于PLC考慮到系統(tǒng)的通用性，對(duì)不同系統(tǒng)的數(shù)字大小、范圍與工程單位的區(qū)別，故在PID運(yùn)算之前要將他們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化浮點(diǎn)數(shù)，即轉(zhuǎn)換為0.0～0.1之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)，這可通過指令運(yùn)算來完成。與之相對(duì)應(yīng)回路的輸出，要將運(yùn)算后的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)(0.0～0.1之間)轉(zhuǎn)換成16 b的二進(jìn)制數(shù)，再通過D/A轉(zhuǎn)換輸出[5]。
系統(tǒng)的主程序功能圖如圖4所示。在這個(gè)主程序的功能圖中，關(guān)鍵是進(jìn)行并行分支的合并處理，在一些并行分支合并時(shí)，由于各分支不一定同時(shí)結(jié)束，所以設(shè)計(jì)一些等待狀態(tài)是必須而又合理的。對(duì)等待狀態(tài)的復(fù)位處理要使用復(fù)位指令。并行分支合并后轉(zhuǎn)移到新的狀態(tài)可以有轉(zhuǎn)移條件。
5 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的是PLC在恒溫中的應(yīng)用，利用傳感器對(duì)容器的液位﹑溫度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過PLC邏輯運(yùn)算處理后對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行器進(jìn)行控制，本設(shè)計(jì)只完成了一些基本的功能，還有更高的控制功能。比如，人機(jī)界面（GOT）、可編程控制器與上位機(jī)的通信等。因此，未來溫度控制系統(tǒng)為符合需要，其科技程度將高度自動(dòng)化和智能化，具備很強(qiáng)的通信能力。
：鞏經(jīng)理
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