基于PLC的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐倆倆+趙崧程+張萍華

摘要：為精確控制電加熱爐的爐溫，利用FX3U系列PLC，結(jié)合MCGS組態(tài)軟件對爐溫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和控制。從元器件選擇和程序編寫2個方面，介紹爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及控制程序，實(shí)現(xiàn)爐溫實(shí)時監(jiān)測及運(yùn)行調(diào)整，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：溫度控制；可編程邏輯控制器；MCGS組態(tài)系統(tǒng)；實(shí)時監(jiān)控

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）08-0025-02

電加熱爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱對工件進(jìn)行處理的一種工業(yè)爐。精確控制爐溫是完成工業(yè)生產(chǎn)過程的重要條件之一。采用PLC和組態(tài)軟件相結(jié)合的方式對爐溫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控與調(diào)節(jié)，不僅具有成本低廉，控制精度高等特點(diǎn)，而且安全可靠，能夠合理利用能源。

1 系統(tǒng)描述

系統(tǒng)主要由三菱系列FX3U-48M型PLC、組態(tài)軟件MCGS、電熱爐、溫度傳感器和外圍設(shè)備組成。溫度傳感器實(shí)時采集電熱爐的爐溫，經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳送給PLC；PLC接收溫度信號并根據(jù)爐溫給出相應(yīng)的控制指令，使?fàn)t溫始終保持在要求的范圍內(nèi)；組態(tài)軟件除實(shí)時顯示爐溫外，還具有報警、正常工作指示等功能。系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 核心器件選擇

三菱FX3U系列PLC采用一類可編程的存儲器，用于內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。系統(tǒng)采用三菱系列FX3U-48M型PLC作為主控元件。該型PLC具有24點(diǎn)輸入和24點(diǎn)輸出，結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，可靠性高。

MCGS嵌入版組態(tài)軟件專門應(yīng)用于嵌入式操作系統(tǒng)，其具有以下特點(diǎn)：實(shí)時性強(qiáng)；并行處理性能優(yōu)良；安全機(jī)制完善；報警功能多樣化；多媒體畫面豐富、生動；可維護(hù)性良好；控制復(fù)雜運(yùn)行流程方便。

溫度傳感器選用PT100型熱電阻溫度傳感器，可將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號，溫度采集范圍為-200～+850 ℃。本系統(tǒng)所需溫度為40～60 ℃。

PLC拓展模塊完成A/D和D/A轉(zhuǎn)換。PT100采集溫度信號后，經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后傳送給PLC；PLC根據(jù)實(shí)時溫度給D/A模塊發(fā)送操作指令（加熱棒的功率變化情況），從而控制加熱棒電流，進(jìn)而達(dá)到改變爐溫的目的。

將PLC和MCGS組態(tài)軟件結(jié)合起來應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)爐溫的實(shí)時監(jiān)測與控制，滿足生產(chǎn)要求。硬件接線如圖2所示。

3 I/O地址分配

系統(tǒng)共用3個輸入接口和1個輸出接口。按鈕SB1為急停按鈕，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，按下SB1，系統(tǒng)立刻停止，除急停指示燈外，所有燈均不亮，同時蜂鳴器報警；緊急情況解除后，急停燈滅，蜂鳴器停止報警。按鈕SB2為啟動按鈕，按下SB2，系統(tǒng)開始工作。按鈕SB3為停止按鈕，按下SB3，系統(tǒng)停止工作，所有燈不亮。I/O地址分配如表1所示。

溫度信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊后再發(fā)送至PLC，而PLC的控制信號傳送到D/A轉(zhuǎn)換模塊，所以PLC不再為模擬量分配輸入輸出地址。

4 程序流程

系統(tǒng)整個工作流程為：啟動系統(tǒng)，按下啟動按鈕SB2，若溫度低于40 ℃，加熱棒最大功率工作；若溫度在40～55 ℃之間，正常功率輸出；若溫度在55～60 ℃之間，功率降到正常功率之下；若溫度大于等于60 ℃，加熱棒停止加熱。按下SB3，系統(tǒng)停止工作。程序流程如圖3所示。

5 監(jiān)控界面

MCGS由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略5個部分構(gòu)成。在設(shè)備窗口中設(shè)置設(shè)備屬性值，包括初始工作狀態(tài)、最小采集周期、串口端口號、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式、PLC類型等。在用戶窗口中建立系統(tǒng)的人機(jī)交流界面，通過不同類型和功能的對象構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對實(shí)時數(shù)據(jù)的監(jiān)測和處理。監(jiān)控界面如圖4所示。

監(jiān)控界面中設(shè)有啟動、停止和急停按鈕。這些按鈕與開關(guān)功能相同，均可控制系統(tǒng)工作。遇緊急情況按下急停按鈕，整個系統(tǒng)停止工作，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。此外，界面上還設(shè)置低溫指示燈、正常溫度指示燈、高溫報警指示燈、急停指示燈等，可以直觀準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)工作情況。

6 結(jié)論

將PLC與MCGS組態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中，既能實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行，又能根據(jù)爐溫及時調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，即在出現(xiàn)爐溫偏低、爐溫正常、爐溫過高等現(xiàn)象時，發(fā)出相應(yīng)的信號，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，方便工作人員操作。

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