【導(dǎo)讀】相比，仍然有著較大的差距。加熱爐的溫度控制系統(tǒng)具有較大的容量滯后，采用。制系統(tǒng)來(lái)提高加熱爐的燃燒效率。進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的目的。加熱器采用傳統(tǒng)的價(jià)格較低的電阻板加熱，水系統(tǒng)是加速加熱爐溫度恒定?？刂屏?，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為80℃左右，并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，PLC控制程序設(shè)計(jì)，總結(jié)。邏輯方面更不是其長(zhǎng)處，然而PLC在這方面卻是公認(rèn)的最佳選擇。此，PLC對(duì)溫度的控制是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問(wèn)題。總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比有著較大的差距。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀。已有較多的成熟產(chǎn)品。性能可靠的自整定軟件，控制參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家，都生產(chǎn)出了一批商品化得，度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。加熱爐對(duì)象由溫度內(nèi)膽、夾套、加熱器、溫度檢測(cè)變送器等組成。

　　

【正文】 計(jì)所需的技術(shù)要求，所以本設(shè)計(jì)選用 CUP222 DC/DC/DC。 CUP 用 24V DC 電源， 24V DC 輸入， 24V DC 輸出，其功率為 5W，訂貨號(hào)為 6ES7 2121AB230XB0。 （ 2） 模擬量擴(kuò)展模塊 ： 溫度 傳感器檢測(cè)到溫度轉(zhuǎn)換成 0～ 100mV 的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入 PLC 中進(jìn)行處理 ，得到的控制信號(hào)也要通過(guò)模擬量輸出模塊把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成 0~5V 的電壓信號(hào)對(duì)調(diào)功器進(jìn)行控制。 S7200PLC 的模擬量模塊有 EM231， EM232 和 EM235 三種類型的模擬量擴(kuò)展模塊。 EM231 有 4 路模擬量輸入， EM232 有 2 路模擬量輸出， EM235 有 4 路模擬量輸入和 2 路模擬量輸出。本設(shè)計(jì)中需要檢測(cè)兩個(gè)溫度信號(hào)，和輸出一個(gè)電壓控制信號(hào)，所以需要 2 路模擬量輸入 /1 路模擬量輸出，所以我們選擇 EM235模擬量輸入 /輸出模塊，其功耗為 2W。訂貨號(hào)為 6ES7 2350KD220XA0。 其輸入 /輸出特性如表 31 所示。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 31 EM235 輸入 /輸出特性 模擬量輸 入特性： 模擬量輸入點(diǎn)數(shù) 4 輸入范圍 電壓 (單極性 ) 電壓 (雙極性 ) 電流 0～ 10V， 0～ 5V， 177。10V ， 177。5V ， 177。 ， 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 單極性，全量程范圍 320xx～ +320xx 雙極性，全量程范圍 0～ 320xx 320xx～ +320xx0 0～ 320xx 模擬量輸出特性： 模擬量輸出點(diǎn)數(shù) 1 信號(hào)范圍 電壓輸出 電注輸出 177。10V 0 到 20mA 數(shù)據(jù)字格式 電壓 電流 320xx～ +320xx 0～ +320xx EM235 輸入數(shù)據(jù)字格式如圖 31 所示。 圖 31 CPU 中模擬量輸入字中 12 位數(shù)據(jù)值的存放位置 模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器 (ADC)的 12 位讀數(shù)，其數(shù)據(jù)格式是左端對(duì)齊的。最高有效位是符號(hào)位： 0 表示是正值數(shù)據(jù)字，對(duì)單極性格式， 3 個(gè)連續(xù)的 0使得 ADC 計(jì)數(shù)數(shù)值每變化 1 個(gè)單位則數(shù)據(jù)字的變化是以 8 為單位變化的。對(duì)雙極性格式， 4 個(gè)連續(xù)的 0 使得 ADC 計(jì)數(shù)數(shù)值每變化 1 個(gè)單位，則數(shù)據(jù)江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 字的變化是以 16 為單位變化的。 EM235 輸出數(shù)據(jù)字格式如下圖圖 32 所示。 圖 32 CPU 中模擬量輸出字中 12 位數(shù)據(jù)值的存放位置 模數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（ DAC）的 12 位讀數(shù)，其輸出數(shù)據(jù)格式是左端對(duì)齊的，最高有效位： 0 表示是正值數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)在裝載到 DAC 寄存器之前， 4 個(gè)連續(xù)的 0 是被裁斷的，這些位不影響輸出信號(hào)值。 EM235 配置： 表 32 所示為如何用 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)置 EM 235 模塊。開(kāi)關(guān) 1到 6 可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。 表 32 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)置 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 本設(shè)計(jì)中溫度檢測(cè)模塊輸入信號(hào)為 0~100mV 的電壓信號(hào)，為單極性，所以 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)置為： SW1,OFF； SW2， ON； SW3， OFF； SW4， ON； SW5，OFF； SW6， ON。得到其滿量程輸入位 0~100mV。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 DIP 開(kāi)關(guān)實(shí)物如圖 33 所示。 圖 33 DIP 設(shè)定實(shí)物圖 輸出設(shè)置：本設(shè)計(jì)中輸出為 0~5V 的電壓信號(hào)，而 EM235 可以輸出10V~+10V 的電壓信號(hào)和 0~20mA 的電流信號(hào)，所以我們選擇電壓信號(hào)的輸出接線方法 ， 其電壓滿量程輸出數(shù)據(jù)為 320xx~+320xx，滿量程輸出電壓為10V~+10V，而本設(shè)計(jì)所需要的輸出為 0~5V 的控制電壓信號(hào)，所以我將其數(shù)據(jù)輸出范圍定在 0~16000。 系統(tǒng) 其他 硬件 選型及 配置 顯示模塊 HLP2 型兩線 PLC 專用數(shù)顯表可以通過(guò)兩個(gè) PLC 輸出端口接收所有 PLC發(fā)出的數(shù)據(jù)。 PLC 程序中任意指定的數(shù)據(jù) ,如數(shù)量、時(shí)間、溫度、壓力等通過(guò)計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、數(shù)據(jù)寄存器等數(shù)據(jù)送入指定的顯示緩沖區(qū)內(nèi)，經(jīng)子程序通過(guò)兩個(gè)輸出端口送出編碼至 PLC 外部的數(shù)顯表上。 由于顯示模塊只需顯示 2 位數(shù)字，所以選用 HLP2 系列型號(hào)為 HLP2B39的數(shù)顯表。外形為 80*43 小外殼。 HLP2B39 型號(hào)數(shù)顯表有兩個(gè)輸入端口，一個(gè)時(shí)鐘輸入端口 SCK，一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口 SDA，可以顯示 4 為 LED 數(shù)碼。工作電源為 24V DC，所以可以并聯(lián) PLC 的工作電源。 HLP2 型 PLC 數(shù)顯表的顯示數(shù)據(jù)與 PLC 數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 下表 33。 表 33 HLP2 數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表 HLP239 型數(shù)顯表 送入 PLC 顯示寄存器內(nèi)容 備注 0 0 顯示相應(yīng)數(shù)字 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 續(xù) 表 33 HLP2 數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表 6 6 7 7 8 8 9 9 E A 也可由用戶根據(jù)需要 自行設(shè)計(jì)該對(duì)應(yīng)關(guān)系，提 交我廠后，可為客戶特殊 加工生產(chǎn)，如 AbcdEF 等。 B R C 全黑 D Π E F F 設(shè)計(jì)中要用到兩個(gè)數(shù)顯表，一個(gè)主表一個(gè)從表， 主表 SDA 連接 PLC 數(shù)字量輸出端口 ，用于實(shí)時(shí)顯示夾套實(shí)際溫度值，從表 SDA 連接 PLC 數(shù)字量輸出端口 ，用于實(shí)時(shí)顯示內(nèi)膽實(shí)際溫度值，主表和從表的 SDA 端口接 PLC 數(shù)字輸出端口 ，用于接收時(shí)鐘信號(hào) 溫度傳感器 溫度傳感器就是 利用 物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。 其工作原理如圖 35所示 。 圖 35 溫度傳感器原理圖 當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體 A和 B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為 T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為 TO，稱為自由端 (也稱參考端 )或冷端，則回路中就有 電流 產(chǎn)生，如圖 28所示，即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不 同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為 塞江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 貝克效應(yīng) 。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)：其一， 當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)此處便吸收或放出熱量 (取決于電流的方向 )，稱為 珀?duì)柼?yīng) ；其二，當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量 (取決于電流相對(duì)于溫度梯度 的方向 )，稱為 湯姆遜效應(yīng) 。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢(shì) EAB(T， T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。 利用此現(xiàn)象可以做成能夠檢測(cè)溫度的傳感器。在本設(shè)計(jì)中采用 集成溫度傳感器 AD590。 AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主 要特性如下： 流過(guò)器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即： Ir /T=1mA/K 式中： Ir— 流過(guò)器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T— 熱力學(xué)溫度，單位為 K。 AD590 的測(cè)溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。電源電壓可在 4V～ 6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 輸出電阻為 710MW。 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔 ，其中 M檔精度最高，在 55℃ ～+150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為 177。℃ 。 攝氏溫度測(cè)量電路 如圖 36 所示 。 圖 36 用于測(cè)量攝氏溫度的電路 如圖 36所示，電位器 R2用于調(diào)整零點(diǎn)， R4用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益。調(diào)整方法如下：在 0℃ 時(shí)調(diào)整 R2，使輸出 VO=0，然后在 100℃ 時(shí)調(diào)整 R4使 VO=100mV。江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 如此反復(fù)調(diào)整多次，直至 0℃ 時(shí)， VO=0mV， 100℃ 時(shí) VO=100mV 為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為 25℃ ，那么 VO應(yīng)為 25mV。冰水混合物是 0℃ 環(huán)境，沸水為 100℃ 環(huán)境。 由于我們測(cè) 量的溫度在 0℃ 100℃之間，所以輸出電壓在0mV100mV 之間。 其實(shí)物如圖 37 所示 。 圖 37 AD590 集成溫度傳感器 調(diào)功器 調(diào)功器又稱電力控制器，本設(shè)計(jì)采用 SCR 電力控制器。 SCR 電力控制器，目前在工業(yè)中已被廣泛應(yīng)用于各種電力設(shè)備中，諸如窯爐、熱處理爐、電氣高溫爐、高周波機(jī)械、電鍍?cè)O(shè)備、印染設(shè)備、涂裝設(shè)備、射出機(jī)、押出機(jī)等等，然而因?yàn)樨?fù)載的不同，使用環(huán)境的限制，而又有各種不同的控制模式及各種追加配備，如相位控制，分配式零位控制 ,時(shí)間比例零位控制。 原理介紹： SCR 電力控 制器的基本原理是通過(guò)控制信號(hào)輸入，去控制串在主回路中的 SCR（晶閘管）模塊，改變主回路中電壓的導(dǎo)通與關(guān)斷，由此達(dá)到調(diào)節(jié)電壓或功率的目的?？刂破饕话闶怯煽刂瓢寮由现鳈C(jī)（主回路）組成。 SCR 電力控制器又可分為調(diào)壓器和調(diào)功器。采用相位控制模式的 SCR 電力控制器可叫做調(diào)壓器，它可以方便地調(diào)節(jié)電壓有效值，可用于電爐溫度控制，燈光調(diào)節(jié)，異步電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)和調(diào)壓調(diào)速等，也可用做調(diào)節(jié)變壓器一次側(cè)電壓，代替效率低下的調(diào)壓變壓器。采用零位控制模式的 SCR 電力調(diào)節(jié)器可叫做調(diào)功器，也叫周波控制器。它對(duì)交流電壓的周波進(jìn)行控制 ，通過(guò)控制負(fù)載電壓的周波通斷比來(lái)控制負(fù)載的功率，多用于大慣性的加熱器負(fù)載。采用這種控制，即實(shí)現(xiàn)了溫度控制，又消除了相位控制時(shí)帶來(lái)的高次諧波污染電網(wǎng)，不過(guò)控制精度有所降低。 控制模式優(yōu)劣比較如表 34所示。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 表 34 控制模式優(yōu)劣比較 控制模式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 相位控制 1. 控制精度高 2. 任何負(fù)載皆可控制 3. 可做各種控制變化 1. 控制不當(dāng)易造成電磁干擾須加裝各種防制措施 2. 費(fèi)用較高 時(shí)間比例零位控制 1. 無(wú)電磁干擾 2. 構(gòu)造較簡(jiǎn)單 3. 費(fèi)用較低 1. 只能控制純阻性負(fù)載 2. 負(fù)載較易受沖擊 3. 控制精度低 分配式零為控制 1. 無(wú)電磁干擾 2. 構(gòu)造較 簡(jiǎn)單 3. 費(fèi)用較低 4. 控制效果比時(shí)間比例零為控制優(yōu)異 1. 只能控制純阻性負(fù)載 2. 負(fù)載較易受沖擊 3. 控制精度較低 P系列 SCR電力控制器功能簡(jiǎn)介： 目前 P 系列 SCR 電力控制器分為三相和單相兩類。產(chǎn)品完全采用 SCR POWER MODULE 密封的 IC 化電路板，抗干擾能力強(qiáng)，可用于變壓器負(fù)載和高頻裝置前級(jí)調(diào)壓器，具有電流回饋適用于負(fù)阻性負(fù)載如硅鉬棒，白金加熱器。過(guò)流保護(hù)采用高速電子開(kāi)關(guān)，過(guò)流時(shí)自動(dòng)切斷觸發(fā)裝置達(dá)到保護(hù) SCR 模塊的作用。本設(shè)計(jì)采用 P系列單相電力控制器。其控制輸入信號(hào)位 0~5V電壓信號(hào)。 型號(hào)識(shí)別如圖 38。 圖 38 型號(hào)識(shí)別 A— 電源種類 1：?jiǎn)蜗? (1Ф) 3 ：三相 (3Ф) B— 控制模式 P：相位控制 D：分配式零位控制 C— 電源電壓 110V 220V 380V 440V D— 電流種類 40A～ 1200A 按客戶具體電流要求定制 E— 保護(hù)方式 0：無(wú) 1：快速熔斷保險(xiǎn)管（選配） 2：高速電子開(kāi)關(guān)保護(hù) F— 回饋控制 0：無(wú) 1：定電流 2：定電壓 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們對(duì)型號(hào)進(jìn)行選擇：首先擬采用發(fā)熱絲為鎳鉻合金（恒阻性負(fù)載），功率為