【文章內(nèi)容簡介】 決定 選擇 PLC 做 控制核心 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及說明 本系統(tǒng)能 夠 對電阻爐爐溫實現(xiàn)自動控制與溫度數(shù)值的顯示，出現(xiàn)故障及時報警，實現(xiàn)熱處理工藝過程的自動跟蹤和監(jiān)控，實現(xiàn)熱處理工藝優(yōu)化。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見 圖 1。 [1] 圖 1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖 本系統(tǒng) PC 為上位機， PLC 為下位機。由 PC 把程序傳輸?shù)?PLC， PLC 控制繼電器，再由繼電器分別控制風(fēng)扇電機，升降臺電機， LED，蜂鳴器和電磁閥。由溫度傳感器檢測加熱單元的溫度并傳給 PLC，再由 PLC 控制加熱單元，是一個閉環(huán)系 統(tǒng)。 設(shè)計要求 能夠監(jiān)控爐膛的溫度； [2] “ 開蓋 ”按鈕， 爐蓋 自動打開，爐膛內(nèi)升降臺自動升起； “ 關(guān)蓋 ”按鈕，爐膛內(nèi)的升降臺自動下降，當(dāng)下降到最底端時 爐蓋 自動關(guān)閉； “回火”按鈕后， LED 燈閃爍 10 秒， 同時 開始全速加熱，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時停止加熱，進入定時保溫階段 ，定時半小時 ； [2] 3 1 分鐘檢測一次爐膛內(nèi)溫度，并在觸摸屏上顯示檢測結(jié)果； ，蜂鳴器鳴叫 10 秒告知熱處理結(jié)束； ，報警現(xiàn) 象為 LED 閃爍同時蜂鳴器鳴叫 。 基于以上的要求，所設(shè)計的系統(tǒng)必須要有以下結(jié)構(gòu)模塊：溫度傳感器單元，PLC 模擬量轉(zhuǎn)換單元，觸摸屏， LED 燈，蜂鳴器，電機。 3 電阻爐 的 選擇 及改造 電阻爐的選擇 電阻爐結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工作溫度范圍廣，爐溫分布較均勻，且便于控制氣氛，容易實現(xiàn)機械化和自動化。電阻爐是將電流通入金屬或非金屬電熱元件，使電能轉(zhuǎn)化成熱量，依靠輻射與對流將熱量；傳給被加熱的元件，從而使工件加熱到規(guī)定溫度。 熱處理電阻爐一般分為箱式電阻爐和井式電阻爐。箱式電阻爐又分為高溫箱式電阻爐，中溫 箱式電阻 爐，低溫箱式電阻爐。井式電阻爐也分為高溫井式電阻爐，中溫 井式電阻爐，低溫井式電阻爐。本文選擇 RJ2256 低溫井式電阻爐做研究對象 。 低溫井式電阻爐的外殼是由鋼板型鋼焊接而成，爐襯是由輕質(zhì)耐火磚石切成 ，電熱元件呈螺旋狀分布在爐膛內(nèi)壁上。爐蓋上裝有風(fēng)扇，主要是使?fàn)t內(nèi)氣體產(chǎn)生對流，促使加熱均勻。 [3] RJ2256 井式電阻爐基本參數(shù) 見表 1。 表 1 小型 RJ2256 低溫井式電阻爐 基本參數(shù) 型號 額定功率 KW 額定溫度℃ 相數(shù) 加熱元件接法 爐膛尺寸 Ф *H (mm) 外形尺寸 L*B*H (mm) 最 大裝載 Kg RJ2256 25 650 1 串聯(lián) 400*500 1600*1030*1900 150 電阻爐的改造 電阻爐爐蓋部分的改造 在爐蓋完全打開的位置安裝一個行程開關(guān) S2，在爐蓋完全閉合的位置安裝一個行程開關(guān) S1。具體見圖 2。 S1 給 PLC 一個信號，代表爐蓋完全關(guān)閉； S2 給PLC 一個信號，代表爐蓋完全打開。 4 圖 2 電阻爐爐蓋改裝圖 電阻爐內(nèi) 升降臺 的改造 在電阻爐內(nèi) 升降臺上 加 一個 齒條。在爐外安裝一個電機，電機出來聯(lián)軸器再接減速器，再接齒輪 ，齒 輪和升降臺上的齒條嚙合，帶動升降臺上升下降， 以方便入料和出料。在升降臺的上極限位置安裝一個行程開關(guān) S3，在升降臺的下極限位置安裝一個行程開關(guān) S4。具體見圖 3。 S3 給 PLC 一個信號，代表升降臺完全升起； S4 給 PLC 一個信號，代表升降臺完全落下。 圖 3 電阻爐內(nèi)部改裝圖 溫度傳感器類型及選擇 溫度監(jiān)控系統(tǒng)是將溫度通過溫度傳感器傳送到 A/D 模塊， A/D 模塊將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再傳送到 PLC。經(jīng)過 PLC 內(nèi)部運算，將采集的溫度與設(shè)定值做比較，同時做出相應(yīng)的動作（控制加熱器加熱或控制加熱器 停止加熱）。然后再由溫度傳感器采集溫度。是一個閉環(huán)系統(tǒng)。 溫度傳感器分熱電偶溫度傳感器和熱電阻溫度傳感兩種。 在選擇溫度傳感器時根據(jù)不同的場合選擇類型，本設(shè)計由于需要選用 PT100溫度傳感器，鉑熱電阻 PT100 是國際溫標(biāo) ITS90 標(biāo)準(zhǔn)中的工業(yè)溫度測量元件之一，所以利用 PT100 溫度傳感器具有一定的典型性，有利于工作系統(tǒng)的穩(wěn)定。鉑熱電阻溫度傳感器是一種精度高，穩(wěn)定性好，抗環(huán)境干擾能力強等。 5 鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性測量溫度，顯示儀表將會指示出鉑電阻的電阻值所對應(yīng) 的溫度值。當(dāng)被測介質(zhì)存在溫度梯度時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。 鉑電阻溫度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下： a．絕緣電阻：常溫絕緣電阻的試驗電壓可取直流 10～ 100V，任意值。 b．熱響應(yīng)時間：在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電阻的電阻變化到相當(dāng)于該階躍變化的 50%所需的時間，稱為熱響應(yīng)時間， 用 表示。 c．精度： 177。%或 ℃ 的最大值。 d．溫度系數(shù)： 177。%/℃ 。 e．分辨率： 1/4096。 f．測量范圍： 200～ 850℃ 。 A/D 模塊的選擇 A/D與 D/A插件是 PLC中最先出現(xiàn)的模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的控制插件 ,幾乎所有的 PLC 產(chǎn)品都配有這類插件。溫度、壓力、流量、速度傳感器的測量信號經(jīng)過合適的轉(zhuǎn)換電路后 ,都可送入 A/D插件 ,A/D插件將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于 0～4000 之間的數(shù)值供 PLC 控制系統(tǒng)使用。 與 FP0 配接的 A/D 混合模塊的型號為 A21，在實際應(yīng)用中往往需要通過模擬量所采集的值，對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。 與 FP0 配接的 A/D 模塊有兩個模擬輸入通道，其所占用的 I/O 口分別為： CH0 WX2（ X20～ X2F） CH1 WX3（ X30～ X3F） 其技術(shù)指標(biāo)見表 2 表 2： A21 模塊模擬輸入信號范圍 模擬量 輸入范圍 電壓 0～ 5V 電流 0～ 20mA 由于 A21 的輸出數(shù)據(jù)是十進制的，也就是說 DT0 中的數(shù)據(jù)是十進制的，那么必須將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十進制才可以比較，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題?？赏ㄟ^以下計算思路，得出溫度與相對應(yīng)的十進制值的關(guān)系。 溫度傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：溫度傳感器的輸出信號為 0～ 20mA 的電流值，對應(yīng)于 0 度～ 800 度的溫度，溫度與電流是線性的，則有： y1 = 40 x1 6 其中 y1 代表溫度值， x1 代表電流值。 A21 模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ： A21 模塊的輸出信號為 K0～ K4000，對應(yīng)于 0～ 20mA的輸入電流，溫度與電流是線性的，則有： k2 = 200 x2 其中 k2 代表十進制， x2 代表電流值。 溫度與十進制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：當(dāng) x1 = x2 是可以得出溫度與十進制的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 y1 / 40 = k2 / 200 其中 y1 代表溫度值， k2 代表相應(yīng)的十進制。 當(dāng)溫度值為 500℃ 時，對應(yīng)的十進制是 K2500。根據(jù)以上分析，我們可計算出任意模擬量輸出的物理量與計算機所能處理的十進制之間甚至二進制的關(guān)系，從而為計算機與物理量數(shù)據(jù)的交互提供了一個通道。在 本文的應(yīng)用中，通過 PLC模擬單元對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳遞，實現(xiàn)了實時模擬值與需求值不斷比較，直到達(dá)到需求值時所應(yīng)執(zhí)行的動作。因此在程序中用 K2500 與 DT1 中的數(shù)據(jù)比較：用 CMP指令或者基本比較指令實現(xiàn)，同時產(chǎn)生一個標(biāo)志。 本系統(tǒng) DT0， DT2， DT4 中分別存儲的是實時溫度，設(shè)定的溫度，設(shè)定的溫度上限； DT1， DT3， DT5 中分別存儲的是實時溫度所對應(yīng)的十進制，設(shè)定的溫度所對應(yīng)的十進制，設(shè)定的溫度上限所對應(yīng)的十進制。 本系統(tǒng)分為全速加熱和定時保溫兩個階段。第一個階段加熱器需要持續(xù)加熱，一旦加熱溫度超過設(shè)定值就進入 第二階段。第二階段時加熱器不需要持續(xù)加熱，當(dāng)當(dāng)前溫度高于設(shè)定值時加熱器停止加熱，當(dāng)當(dāng)前溫度低與設(shè)定值時，加熱器開始加熱。 [5] 之所以分兩段程序是因為第二階段加熱器需要反