【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制系統(tǒng)。 經(jīng)過綜合考慮， 本系統(tǒng) 決定 選擇 PLC 做 控制核心 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及說(shuō)明 本系統(tǒng)能 夠 對(duì)電阻爐爐溫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與溫度數(shù)值的顯示，出現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)熱處理工藝過程的自動(dòng)跟蹤和監(jiān)控，實(shí)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(jī)， PLC 為下位機(jī)。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(jī)，升降臺(tái)電機(jī)， LED，蜂鳴器和電磁閥。由溫度傳感器檢測(cè)加熱單元的溫度并傳給 PLC，再由 PLC 控制加熱單元，是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)要求 能夠監(jiān)控爐膛的溫度； [2] “ 開蓋 ”按鈕， 爐蓋 自動(dòng)打開，爐膛內(nèi)升降臺(tái)自動(dòng)升起； “ 關(guān)蓋 ”按鈕，爐膛內(nèi)的升降臺(tái)自動(dòng)下降，當(dāng)下降到最底端時(shí) 爐蓋 自動(dòng)關(guān)閉； “回火”按鈕后， LED 燈閃爍 10 秒， 同時(shí) 開始全速加熱，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)停止加熱，進(jìn)入定時(shí)保溫階段 ，定時(shí)半小時(shí) ； [2] 3 1 分鐘檢測(cè)一次爐膛內(nèi)溫度，并在觸摸屏上顯示檢測(cè)結(jié)果； ，蜂鳴器鳴叫 10 秒告知熱處理結(jié)束； ，報(bào)警現(xiàn)象為 LED 閃爍同時(shí)蜂鳴器鳴叫 。 基于以上的要求，所設(shè)計(jì)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(jī)。 3 電阻爐 的 選擇 及改造 電阻爐的選擇 電阻爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào) 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(gè)行程開關(guān) S2，在爐蓋完全閉合的位置安裝一個(gè)行程開關(guān) S1。具體見圖 2。 S1 給 PLC 一個(gè)信號(hào)，代表爐蓋完全關(guān)閉； S2 給PLC 一個(gè)信號(hào)，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(tái) 的改造 在電阻爐內(nèi) 升降臺(tái)上 加 一個(gè) 齒條。在爐外安裝一個(gè)電機(jī)，電機(jī)出來(lái)聯(lián)軸器再接減速器，再接齒輪 ，齒輪和 升降臺(tái)上的齒條嚙合，帶動(dòng)升降臺(tái)上升下降， 以方便入料和出料。在升降臺(tái)的上極限位置安裝一個(gè)行程開關(guān) S3，在升降臺(tái)的下極限位置安裝一個(gè)行程開關(guān) S4。具體見圖 3。 S3 給 PLC 一個(gè)信號(hào)，代表升降臺(tái)完全升起； S4 給 PLC 一個(gè)信號(hào)，代表升降臺(tái)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(yùn)算，將采集的溫度與設(shè)定值做比較，同時(shí)做出相應(yīng)的動(dòng)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(gè)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(shí)根據(jù)不同的場(chǎng)合選擇類型，本設(shè)計(jì)由于需要選用 PT100溫度傳感器，鉑熱電阻 PT100 是國(guó)際溫標(biāo) ITS90 標(biāo)準(zhǔn)中的工業(yè)溫度測(cè)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(qiáng)等。 5 鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性測(cè)量溫度，顯示儀表將會(huì)指示出鉑電阻的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫 度值。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)存在溫度梯度時(shí)，所測(cè)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(yàn)電壓可取直流 10～ 100V，任意值。 b．熱響應(yīng)時(shí)間：在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，熱電阻的電阻變化到相當(dāng)于該階躍變化的 50%所需的時(shí)間，稱為熱響應(yīng)時(shí)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(cè)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(cè)量信號(hào)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(duì)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(hào)為 A21，在實(shí)際應(yīng)用中往往需要通過模擬量所采集的值，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。 與 FP0 配接的 A/D 模塊有兩個(gè)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(hào)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(jìn)制的，也就是說(shuō) DT0 中的數(shù)據(jù)是十進(jìn)制的，那么必須將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十進(jìn)制才可以比較，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題。可通過以下計(jì)算思路，得出溫度與相對(duì)應(yīng)的十進(jìn)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(hào)為 0～ 20mA 的電流值，對(duì)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(hào)為 K0～ K4000，對(duì)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(jìn)制， x2 代表電流值。 溫度與十進(jìn)制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：當(dāng) x1 = x2 是可以得出溫度與十進(jìn)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(jìn)制。 當(dāng)溫度值為 500℃ 時(shí)，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制是 K2500。根據(jù)以上分析，我們可計(jì)算出任意模擬量輸出的物理量與計(jì)算機(jī)所能處理的十進(jìn)制之間甚至二進(jìn)制的關(guān)系，從而為計(jì)算機(jī)與物理量數(shù)據(jù)的交互提供了一個(gè)通道。在本文 的應(yīng)用中，通過 PLC模擬單元對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳遞，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)模擬值與需求值不斷比較，直到達(dá)到需求值時(shí)所應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)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(shí)現(xiàn)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志。 本系統(tǒng) DT0， DT2， DT4 中分別存儲(chǔ)的是實(shí)時(shí)溫度，設(shè)定的溫度，設(shè)定的溫度上限； DT1， DT3， DT5 中分別存儲(chǔ)的是實(shí)時(shí)溫度所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制，設(shè)定的溫度所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制，設(shè)定的溫度上限所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制。 本系統(tǒng)分為全速加熱和定時(shí)保溫兩個(gè)階段。第一個(gè)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(jìn)入第二 階段。第二階段時(shí)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(shí)加熱器停止加熱，當(dāng)當(dāng)前溫度低與設(shè)定值時(shí)，加熱器開始加熱。 [5] 之所以分兩