基于PLC恒温水箱系统的研究

　　1 引言

　　温度是工业上常见的被控参数之一，温度控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等，而恒温控制在生产当中占有很大的比重，很多的生产当中均需要保持一定的温度范围，因此研究恒温控制具有普遍意义[1]。本文采用plc在恒温箱装置中的应用进行设计，利用传感器对水箱中的温度进行检测，通过热电阻检测出水箱内的温度，再用温度传感器把温度变成电压信号，在经过转换电路把得到的模拟信号送入控制器，通过比较采集的信号与plc中的设定值来控制温度的。此系统充分利用了现代先进的科学技术，改善了工作条件，提高了劳动生产率，减轻了工作人员的劳动强度，不但克服了人为的不稳定因素，而且吸收人为调节的优点[2]。本文以plc恒温水箱控制为例，对温度控制系统进行初步探讨。

　　图1 系统原理框图

　　2 工作原理介绍

　　本控制系统采用fx2n-64mr plc，以可编程控制器为核心，组成一个集温度的采集、处理、显示、自动控制为一身的闭环控制系统。水箱中的液位值，其模拟量转换为开关量进行控制，温度控制通过热电阻及热电阻模块再进行pid调节，得到偏差来控制加热装置的功效。用一个加热装置进行加热时，选定热电阻作为温度传感器，通过plc的模拟量扩展模块热电阻对采集到温度数据，模块本身将线性化处理，冷端补偿，不需要任何外部的变送器或外部电路，就能完成全部数据采集及数据处理功能。由pid运算之后，得到一个差值来对晶闸管的功率进行调节。利用led显示管显示采集到的温度值，为了方便对各种水箱中水温进行控制，可以把通过一个拨码盘输入数据给plc，对给定的温度值进行修改[3] 。系统原理如图1所示。

　　3 系统硬件设计

　　首先利用传感器对容器的液位﹑温度进行检测，经过plc逻辑运算处理后对相应的执行器进行控制。主要包括温度控制电路设计、温度采集电路等。

　　3.1温度采集电路

　　在温度采集和控制系统中，温度传感器采集到的温度信号大都是微弱的模拟电信号，要经过一系列的转换，包括放大、模/数转换、冷端补偿、线性化处理、数字滤波等，才变成了计算机能够接收和处理的有效的数字信号。在plc温度控制系统中，温度传感器采集到的微弱毫伏电信号不能直接送给plc的a/d转换模块，必须由外部温度变送器将温度信号进行放大、冷端补偿、线性化处理，再送到a/d转换模块的输入通道，转换为规范的数字信号供 plc处理。在fx系列plc中具有热电阻模块fx2n-4ad-pt，能自动进行线性化处理，有冷端补偿功能[4]。

　　图2 温度采集器

　　3.2温度控制电路设计

　　本设计中的触发电路的控制触发电路如图3所示，双向晶闸管过零触发采用带过零触发的光电隔离集成芯片moc3061。moc3061芯片的输出端用4、6管脚，一般采用6脚接外部电源相线，4脚接零线的方式，这样可以通过内部过零检测电路，保证电压过零时发出触发脉冲触发外部双向晶闸管。与传统触发电路结构相比不需同步电源变压器、脉冲变压器、触发器的工作电源运行十分可靠，性能价格比高。

　　图3 温度控制触发电路

　　4 pid控制程序设计

　　本文采用基于pid过程控制模块的控制方法，利用fx2n-2nlc的自调节功能，自动调节各相关参数。pid回路有2个输入量即sp(给定值)和pv (过程变量)。sp通常是固定值，pv则要经过扩展模块经a/d转换后得到。sp与pv是实际值，由于plc考虑到系统的通用性，对不同系统的数字大小、范围与工程单位的区别，故在pid运算之前要将他们转换成标准化浮点数，即转换为0.0～0.1之间的标准化实数，这可通过指令运算来完成。与之相对应回路的输出，要将运算后的标准化实数(0.0～0.1之间)转换成16 b的二进制数，再通过d/a转换输出[5]。

　　系统的主程序功能图如图4所示。在这个主程序的功能图中，关键是进行并行分支的合并处理，在一些并行分支合并时，由于各分支不一定同时结束，所以设计一些等待状态是必须而又合理的。对等待状态的复位处理要使用复位指令。并行分支合并后转移到新的状态可以有转移条件。

　　图4 程序功能图

　　5 结论

　　本文设计的是plc在恒温中的应用，利用传感器对容器的液位﹑温度进行检测，经过plc逻辑运算处理后对相应的执行器进行控制，本设计只完成了一些基本的功能，还有更高的控制功能。比如，人机界面(got)、可编程控制器与上位机的通信等。因此，未来温度控制系统为符合需要，其科技程度将高度自动化和智能化，具备很强的通信能力。