基于PLC的溫度檢測(cè)與控制

趙 悅，王 欣，詹海強(qiáng)

(成都大學(xué) 工業(yè)制造學(xué)院，四川 成都 610106)

0 引 言

可編程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作為一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣泛應(yīng)用的控制裝置之一.PLC 對(duì)溫度的檢測(cè)也具有十分良好的性能，利用其對(duì)數(shù)字的精確轉(zhuǎn)換功能，即可得到較高精度的溫度值.

本設(shè)計(jì)是基于PLC 控制的一種溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，其利用外擴(kuò)的溫度檢測(cè)模塊對(duì)采集的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及處理，并利用文本顯示器TD400C 顯示設(shè)定溫度與實(shí)時(shí)溫度，再經(jīng)PLC 控制加熱裝置.

1 工作原理

本系統(tǒng)采用西門子S7－200 CPU226，集成24 路數(shù)字輸入/16 路數(shù)字輸出，共計(jì)40 個(gè)I/O 點(diǎn).由于系統(tǒng)沒有模擬量輸入和輸出單元，因此，擴(kuò)展EM231 用于熱電偶/熱電阻檢測(cè)和冷端補(bǔ)償，擴(kuò)展TD400C 文本顯示器用于溫度顯示、報(bào)警和鍵盤控制，擴(kuò)展EM232 用于模擬量輸出.電流信號(hào)可以通過控制調(diào)壓器來控制電源的開度，從而控制電源的輸出功率.加熱器根據(jù)電源輸出功率調(diào)節(jié)加熱時(shí)間，從而達(dá)到溫度控制的作用.系統(tǒng)的工作原理如圖1 所示.

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要是由CPU226 芯片、溫度采集和轉(zhuǎn)換模塊EM231、溫度顯示模塊TD400C 以及模擬量輸出模塊EM232 等構(gòu)成.

圖1 基于PLC 的溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)圖

2.1 溫度采集和轉(zhuǎn)換模塊EM231

EM231 熱電偶測(cè)量模塊是一種用于無源輸入信號(hào)A/D 轉(zhuǎn)換的模塊.它可以將外部輸入的4 通道熱電偶測(cè)量輸入A/D 轉(zhuǎn)換為16 位帶符號(hào)數(shù)據(jù).EM231 熱電偶測(cè)量模塊能檢測(cè)的電壓值范圍為，－80 ～+80 mV，而它對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換范圍為，－27 648 ～+27 648.EM231 熱電偶測(cè)量模塊的轉(zhuǎn)換時(shí)間為405 ms 左右，輸入電源為DC 20.4 ～28.8 V，有8 個(gè)設(shè)定開關(guān)，前3 個(gè)用于選擇不同類型的熱電偶.

將EM231 上的設(shè)定開關(guān)撥到所選擇熱電偶對(duì)應(yīng)的值上(此處以K 型熱電偶為例，選擇開關(guān)撥到001)，SW1/2/3 輸入選擇設(shè)定如下:①000，J 型熱電偶(出場(chǎng)默認(rèn));②001，K 型熱電偶;③010，T 型熱電偶;④011，E 型熱電偶;⑤100，R 型熱電偶;⑥101，S型熱電偶;⑦110，N 型熱電偶;⑧111，±80 mV 電壓輸入.

熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它可直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào).因電壓信號(hào)十分微弱，不能直接被電壓表之類的器件所準(zhǔn)確感知，因而需將測(cè)得的電壓信號(hào)通過EM231的4 輸入通道中的1 個(gè)輸入到EM231 中，完成溫度的采集工作.

熱電偶采集到的電壓信號(hào)輸入到EM231 熱電偶測(cè)量模塊后，由EM231 將采集到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并以一定的比例輸出到PLC 系統(tǒng)中進(jìn)行下一步處理.具體轉(zhuǎn)換比例為，

其中，x 為熱電偶采集到的電壓信號(hào)，y 為x 經(jīng)EM231 轉(zhuǎn)換后輸入到PLC 中的數(shù)據(jù).查詢《傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)—用戶手冊(cè)》中關(guān)于K 型熱電偶的資料，得到了K 型熱電偶分度表.經(jīng)線性擬合得到如圖2 所示數(shù)據(jù).

圖2 K 型熱電偶分度表

2.2 溫度顯示模塊

TD400C 為S7－200 PLC 專用的新一代文本顯示器，能夠支持所有TD 200 的功能.TD400C 具有極高的性價(jià)比.TD400C 具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn):創(chuàng)新的定制化解決方案，用戶可以自定義面板的背景顏色，圖標(biāo)及按鍵功能;新一代顯示屏，完美支持S7－200PLC;更強(qiáng)大的功能與更高的可靠性.

PLC 接收到EM231 傳送的數(shù)據(jù)后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終將溫度值顯示在TD400C 文本顯示器上.

TD400C 文本顯示器的正確配置是溫度顯示的關(guān)鍵，配置的參數(shù)直接影響到程序的編寫.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3 是程序設(shè)計(jì)流程圖.

圖3 程序設(shè)計(jì)流程示意圖

在程序的編寫過程中，必須注意不同類型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以提高最終溫度轉(zhuǎn)換的精確度.同時(shí)還應(yīng)注意TD 配置中插入的數(shù)據(jù)地址必須與送入的數(shù)據(jù)地址相對(duì)應(yīng)，否則數(shù)據(jù)顯示將不正確.

具體的軟件設(shè)計(jì)代碼如下:

4 結(jié) 語

運(yùn)用EM231、TD400C 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示，同時(shí)EM231 具有多路采集數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)的能力.這也意味著本系統(tǒng)能將外界采集的多路溫度信號(hào)同時(shí)輸入到EM231 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換與顯示.本系統(tǒng)可以用于各種溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域，并且能夠滿足較高精度的測(cè)量.隨著PLC 的功能越來越強(qiáng)大以及處理速度越來越快，利用微小型PLC 系統(tǒng)構(gòu)成的溫度采集處理與顯示系統(tǒng)將具有更高精度和實(shí)時(shí)性，且維護(hù)簡(jiǎn)單，是一種切實(shí)可行的溫度檢測(cè)方案.

［1］張志田，柳青.PLC 在溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，2(1):17－19.

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