【正文】 8 致 謝 ....................................................................39 參考文獻(xiàn) .................................................................40 基于 PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 1 第 1 章 緒論 課題背景 電阻爐溫度是常見的工業(yè)生產(chǎn)過程中的參數(shù)之一，溫度在所有的物理變化過程和化學(xué)反應(yīng)的過程中被廣泛，在絕大部分地區(qū)的科研項(xiàng)目和實(shí)踐學(xué)習(xí)中，溫度控制占著舉足輕重的作用，尤其是在冶金，化工，建材，食品，機(jī)械，石油等行業(yè)中，同樣擁有著十分重要的作用。如冶金，機(jī)械，食品，化工等工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用于各種電阻爐 。流程電阻爐溫度控制系統(tǒng)復(fù)雜，不確定，所以系統(tǒng)需要更先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。通過輸入 /輸出（ I / O）控制信號(hào)， PLC和接收輸入信號(hào)的裝置。它不僅可以輕松完成邏輯，順序，定時(shí)，計(jì) 數(shù)，而且還能夠通過輸入口以及輸出端，建立與各種數(shù)字和模擬的生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)系，數(shù)字運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理等功能，從而使生產(chǎn)的自動(dòng)化控制流程。可編程序控制器具有可靠性高、功能強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)過程控制等功能，在各種工業(yè)過程控制中得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。在歷史漫長的進(jìn)程中，可編程控制器（ PLC）自始至終位于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，并且是為許多應(yīng)用保障自動(dòng)化控制設(shè)備系統(tǒng)相當(dāng)可靠的控制。 19811990年間，計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大地促進(jìn)了可編程控制器（ PLC）的發(fā)展，越來越多的 PLC功能得到了普遍的應(yīng)用。 PLC控制具有以下主 要特點(diǎn)： （ 1）具有可靠性高和成本低的優(yōu)越特點(diǎn)。 （ 3）實(shí)現(xiàn)的功能全面且強(qiáng)大，并且易于擴(kuò)展、靈活、實(shí)用的結(jié)合。 可以集成可編程終端的觸摸屏顯示器與觸摸開關(guān)，簡稱 PT，它們是下一代的高科技人機(jī)界面產(chǎn)品。應(yīng)用它當(dāng)作人機(jī)界面，具有交互性、較高的可靠性，操作簡單而且容易與 PLC編程器等原件相連接。本文提出了一種電阻爐控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)類型松下 FP0 PLC為核心，采用觸摸屏，而不是一個(gè)正常的按鈕。根據(jù)所學(xué) PLC 理論知識(shí)，掌握運(yùn)用 PLC 控制程序?qū)崽幚砑訜釥t進(jìn)行電氣控制。電阻爐溫度控制系統(tǒng)是人類的熱量，主要熱源驅(qū)動(dòng)裝置，它似乎至今二百多年的歷史?；?PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng)在當(dāng)前流行的溫度控制系統(tǒng)，基于工業(yè)計(jì)算機(jī)（ IPC）溫度控制系統(tǒng) PLC 溫控系統(tǒng)，分布式溫度控制系統(tǒng)（ DCS），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）等?？删幊炭刂破鳎?PLC）具有極高的可靠性、相當(dāng)強(qiáng)的抗干擾能力、操作簡單的編程方式、易于學(xué)習(xí)和使用的特點(diǎn)在目前工程人員的行業(yè)中應(yīng)用范圍極為廣泛。因此， PLC 占有相當(dāng)大的市場份額，其發(fā)展前景非常看好。電阻爐通常類似物儀器測量溫度，并通過控制交流接觸器通過的時(shí)間來控制加熱功率的比例打破，因?yàn)槟M儀器本身的測量精度，再加 上交流接觸器的壽命短，低通斷比，因此控制精度低。爐 PLC模擬量輸入模塊的反饋和設(shè)定點(diǎn)偏差 PID 運(yùn)算的實(shí)際值，控制操作爐尺寸平均功率結(jié)果輸出電阻 ，來控制爐溫的目的?？删幊踢壿嬁刂破鳎?PLC）是繼承了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的相關(guān)技術(shù)并成為新的自動(dòng)裝置之一。其他設(shè)備 PLC 系統(tǒng)。小型 PLC 編程一般手持編程器，目 前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）作為一個(gè)程序員。 3，輸入輸出設(shè)備：裝置，用于永久地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，諸如 EPROM， EEPROM 寫入器裝置，用于永久地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，諸如 EPROM， EEPROM，條形碼閱讀器，輸入模擬電位，打印機(jī)等。從出現(xiàn)可編程控制器到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了四次更換，如下： 代次 器件 功能 第一代 1位處理器 邏輯控制功能 第二代 8位處理器及存儲(chǔ)器 產(chǎn)品系列化 第三代 高性能 8位微處理器及位片式微處理器 處理速度提高，向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展 基于 PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 5 第四代 16位、 32位微處理器及高性能位片式微處理器 邏輯、運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)功能的多功能 PLC 的基本組成 PLC 從組成形式一般分為整體模塊兩項(xiàng)。模塊化可編程控制器 CPU 模塊通常， I / O 模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，背板或機(jī)架等。 總體設(shè)計(jì)方案 PLC 和單片機(jī)的比較 單片機(jī)編程的復(fù)雜性，采用抗干擾能力強(qiáng)的難度 ，因?yàn)?PLC 具有強(qiáng)大的功能、極高的可靠性、編程簡單易學(xué)，即使是不熟悉電腦的工程師也能夠應(yīng)用它來研究和開發(fā)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。同時(shí)具 有相當(dāng)廣泛的擴(kuò)展模塊和網(wǎng) 絡(luò)功能，它還能夠?qū)崿F(xiàn)大而復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及說明 本系統(tǒng)能夠?qū)﹄娮锠t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。 圖 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 在 PC 到 PC， PLC 作為從站。由溫度傳感器檢測所述加熱單元和 PLC 的溫度，然后由 PLC 來控制加熱單 元是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 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(bào)警現(xiàn)象為 LED 閃爍同時(shí)蜂鳴器鳴叫。 基于 PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 7 第 3 章 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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 電阻熱處理爐一般分為箱式電阻爐和坑爐?；馃岬亩窢幙颖环譃橐粋€(gè)坑，高溫爐，爐高溫電阻爐窖窖低溫。 低溫坑爐殼由輕質(zhì)耐火磚襯里制成焊接鋼管束切成石，分布在爐的內(nèi)壁上螺旋加熱元件。 RJ2256 井式電阻爐基本參數(shù)見表 1。 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。在爐外安裝一個(gè)電機(jī)，電機(jī)出來聯(lián)軸器再接減速器，其次齒輪，齒條及升降平臺(tái)從事升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器上升和下降，以方便喂養(yǎng)和放電。具體見圖河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 。 圖 電阻爐內(nèi)部改裝圖 溫度傳感器類型及選擇 當(dāng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)?A / D 模塊時(shí)， A / D 模塊溫度迅速轉(zhuǎn)換為數(shù)字，并且通過一個(gè)溫度的傳感器傳送到 PLC 的溫度。然后，它是由傳感器 溫度的溫度下收集。 溫度傳感器分熱電偶溫度傳感器和熱電阻溫度傳感兩種。精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾性強(qiáng)能力，干擾環(huán)境的溫度傳感器鉑電阻。當(dāng)存在被測介質(zhì)的溫度梯 度，測得的溫度是溫度感測元件中的介電層的平均溫度的范圍內(nèi)。 b．熱響應(yīng)時(shí)間：在溫度階躍變化發(fā)生時(shí)，改變熱阻等于變化步驟，熱響應(yīng)叫的所需要的時(shí)間和τ 圖的 50％。 %或 ℃的最大值。 %/℃。 f．測量范圍： 200～ 850℃。經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換電路測量溫度，壓力，流量，速度傳感器信號(hào)，可進(jìn)入 A/ D 型插頭， A / D 插件，將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的 PLC 控制系統(tǒng) 0 和4000 之間的值。 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 A21 的輸出數(shù)據(jù)是十進(jìn)制的，那么說 DT0 中的數(shù)據(jù)也是十進(jìn)制的，所以必須將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)才可以進(jìn)行比較，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題。 溫度傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：當(dāng)溫度傳感器的輸出信號(hào)顯示為 0～ 20mA 的電流值時(shí)，則對應(yīng)于 0 度～ 800 度的溫度，并且溫度與電流是線性的，則有： y1 = 40 x1 其中 y1 代表溫度值， x1 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。 當(dāng)溫度值為 500℃時(shí)，對應(yīng)的十進(jìn)制是 K2500。在這篇文章中，由 PLC 模擬單元進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用和傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的模擬值和 需求值不斷比較，直到操作應(yīng)該執(zhí)行的需求值。 在這個(gè)系統(tǒng)中 DT0， DT2，分別存儲(chǔ) DT4 是實(shí)時(shí)溫度 、設(shè)定的溫度、設(shè)定的溫度上限； DT DT DT5 中分別存儲(chǔ)的是實(shí)時(shí)溫度所對應(yīng)的十進(jìn)制，設(shè)定的溫度所對應(yīng)的十進(jìn)制，設(shè)定的溫度上限所對應(yīng)的十進(jìn)制。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。之所以出現(xiàn)這種程序分為因?yàn)闊醿刹糠纸M成第二階段一再要求就業(yè)狀況的變化。加熱器工作狀態(tài)改變太頻繁，大大縮短了工作壽命。 設(shè)計(jì)要求 a PLC 可以監(jiān)視爐的溫度 。 c 按上爐內(nèi)的電梯觸摸屏按鈕，在“關(guān)”自動(dòng) 下降，馬上就當(dāng)蓋子自動(dòng)關(guān)閉底部 d“回火”按鈕觸摸屏上之后， LED 燈閃爍 10 秒，同時(shí)開始全加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，絕緣進(jìn)普通相位，時(shí)間和半小時(shí)停止加熱 。 f 定時(shí)孵育時(shí)間后，蜂鳴器鳴叫 10 秒告知治療結(jié)束 。 基于 PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 11 第 4 章 硬件設(shè)計(jì) 的介紹 的介紹 PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英文名：可編程控制器，和用于個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）來區(qū)分，一般簡稱 PLC。其優(yōu)異的性能，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。表 41。原理圖設(shè)計(jì)，采用 PLC 模塊，它是創(chuàng)造了一個(gè)類型的總線結(jié)構(gòu)屬于的。四個(gè)輸入 一個(gè)輸出點(diǎn)。如硬件連線圖中 B+和 B、 C+和 C、 D+和 D。其系統(tǒng)配置包括基本單元，擴(kuò)展單元，編程，存儲(chǔ)卡，作家，文本顯示。它有 24個(gè)輸入和 16 路輸出。 表 42 S7200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本單元 型 號(hào) 數(shù)字量輸入點(diǎn) 數(shù)字量輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) 模擬量 I/O 數(shù)字量輸入特性 PPI、 MPI/波特率 S7200CPU221 6 4 0 無 24V DC， 4mA 、 、 S7200CPU222 8 6 2個(gè)擴(kuò)展模塊 無 24V DC， 4mA 、 、 S7200CPU224 14 10 7個(gè)擴(kuò)展模塊 無 24V DC， 4mA 、 、 S7200CPU224XP 24 16 7個(gè)擴(kuò)展模塊 2/1 24V DC， 4mA 、 、 S7200CPU226 24 16 7個(gè)擴(kuò)展 模塊 無 24V DC， 4mA 、 、 基于 PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 13 傳感器 設(shè)計(jì)時(shí)采用 的 K 型熱電偶傳感器，屬于熱電偶溫度傳感元件，溫度信號(hào)可轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)連接 1和 2與差之間的溫度下會(huì)產(chǎn)生一定量的導(dǎo)體 A和 B 之間的強(qiáng)度，這將凝聚塑造電流環(huán)路小的，這種現(xiàn)象被有效地稱為暖現(xiàn)象。 我們通?？梢跃幊虩犭娕挤譃閮深?，熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶不是另一種標(biāo)準(zhǔn)。 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（縮寫 SSR），是由微電子電路，分立電子元件，非接觸式開關(guān)功率電子功率器件的組合物。輸入固態(tài)繼電器具有小的控制信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)高電流負(fù)載。 硬件連線圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 42 硬件連線圖 （ 1）西門子 S7200 系列 PLC， CPU 226 系列，當(dāng)消防第五，跑燈剎車溫度指示燈亮是正常的光照條件下，溫度過 高（警示燈）光，熱燈很可能是在爐內(nèi)的情況下通過改變狀態(tài)指示燈 5 集。其結(jié)果是根據(jù)加熱時(shí)間和非熱時(shí)間（ 10秒）的循環(huán) PID 控制。 （ 2） I/O 點(diǎn)地址分配如表 43所示 序號(hào) 名稱 功能 1 啟動(dòng)按鈕 2 爐門狀態(tài)開關(guān) SQ1 3 爐門狀態(tài)開關(guān) SQ2 4 爐門位置開關(guān) SQ3 5 爐門位置開關(guān) SQ4 6 SQ1 7 SQ2 8 SQ3 9 SQ4 10 溫度傳感器 ST AIW0 11 電爐絲加熱 Uc 12 電機(jī) M1 正轉(zhuǎn) 13 電機(jī) M1 反轉(zhuǎn) 14 電機(jī) M2 正轉(zhuǎn) 15 電機(jī) M2 反轉(zhuǎn) 16 模擬量輸出 Uc AQW0 表 43 I/O點(diǎn)地址分配 基于 PLC 的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 15 第 5 章 控制算法描述 程序流程圖 在圖中所示的程序流程圖。 運(yùn) 行 P L C初 始 化 安 全 燈I 0 . 0