引言

溫度控制系統(tǒng)在現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用，同時在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。當(dāng)前比較流行的溫度控制系統(tǒng)有基于單片機的溫度控制系統(tǒng)、基于PLC的溫度控制系統(tǒng)、基于工控機（IPC）的溫度控制系統(tǒng)、集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。本文設(shè)計的運料小車爐溫控制系統(tǒng)主要采用PLC和熱電阻結(jié)合進行系統(tǒng)采集控制。

1 熱電阻式傳感器的應(yīng)用

熱電偶或熱電阻傳感器可把溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號,再將該信號送入變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含調(diào)零和熱電偶補償?shù)认嚓P(guān)電路。經(jīng)調(diào)零后的信號輸入到運算放大器進行信號放大，放大的信號一路經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換器處理后以4?20mA直流電流輸出；另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理后送到表頭顯示。變送器的線性化電路有兩種，均采用反饋方式。其中對熱電阻傳感器可采用正反饋方式進行校正；對熱電偶傳感器,則可采用多段折線逼近法進行校正。

1.1 PtlOO熱電阻傳感器工作原理

變送器除有傳感的功能之外，還有放大整形的功能，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的控制信號。PtlOO變送器可將傳感信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號（4~20mADC,0~10VDC）。本設(shè)計中，鋁電阻輸入一個微弱的電壓信號通過變松器可轉(zhuǎn)換成一個標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA電信號。

1.2 鉑電阻工作原理

熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻隨之變化的特性來測量溫度的。熱電阻的受熱部分（溫度元件）是用細金屬絲均勻地繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時，所測量的溫度為感溫元件所在范圍內(nèi)的平均溫度。

1.3 SBW系列PtlOO溫度變送器及其硬件連接

SBW系列PtlOO溫度變送器的實物圖和硬件接線方法如圖1所示。

由圖1所示的變送器實物圖可知,使用時可以將變送器和熱電阻按照兩線制或三線制方式連接好，也可以直接選用一體化溫度變送器。溫度變送器的硬件連接如圖2所示。使用時，將該變送器串聯(lián)24V直流電源，負載端就可以直接得到變送器輸出的4?20mA的直流信號。本系統(tǒng)采用PLC模擬量模塊采集溫度信號，可以如圖2所示串聯(lián)一個標(biāo)準(zhǔn)負載電阻，以把電流信號轉(zhuǎn)換成0?10V的電壓信號輸入到PLC模擬量輸入端。

2 爐溫控制系統(tǒng)方案設(shè)計

本項目的主要任務(wù)是設(shè)計一個爐溫控制系統(tǒng)，其工作過程是:小車進入爐膛，處于室溫的爐膛通過溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號，由ST接口將模擬的電壓信號輸入給PLC,在PLC內(nèi)部與溫度設(shè)定值進行比較和計算,之后,PLC模擬量輸出口的輸出電壓接通爐絲,小車的工件開始加溫，工件的加溫溫度可根據(jù)工藝要求來設(shè)定。當(dāng)爐溫達到設(shè)定值時，保溫10s,電爐絲關(guān)斷停止加熱，小車退出爐膛，工件自然冷卻,然后在20s后啟動下一循環(huán)。圖3所示是加熱爐控制系統(tǒng)生產(chǎn)線示意圖。

3 PLC控制器及其外圍電路

爐溫控制系統(tǒng)中的控制器采用西門子的PLC-CPU224XP,該機型是西門子最新的200系列PLC中的新型控制器，具有數(shù)字量和模擬量模塊，且有兩路串口通訊端口。圖4所示是本系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)外部接線圖。

4 軟件程序設(shè)計

采用S7-200的編程軟件能直接進行編程通訊，實現(xiàn)模擬監(jiān)控功能，結(jié)合工控組態(tài)軟件也能進行上位機開發(fā)。圖5所示是其控制工作流程,按照該爐溫控制流程要求可以編寫程序，并設(shè)置PLC的輸入輸出點，還應(yīng)對應(yīng)控制柜上按鈕進行編號。

4.1 溫度采集及其處理

將鉗電阻PtlOO放到電熱爐中采集到電流信號后，通過變送器轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號再送入PLC（模擬量輸入端子A+、M）中，PLC和PC機用PC/PPI串口通訊線送入梯形圖（LAD）程序中，這樣，就可以將其轉(zhuǎn)化成溫度數(shù)值了。

4.2 LED數(shù)碼管顯示控制

本設(shè)計中溫度的設(shè)定值可通過LED數(shù)碼管顯示出來。以便在工作過程中對溫度設(shè)置更加直觀。LED數(shù)碼管顯示控制程序如圖7所示。

該系統(tǒng)針對生產(chǎn)實際設(shè)計的模塊,在工業(yè)應(yīng)用中可以直接調(diào)用，用傳感器檢測爐溫，加熱完畢后及時發(fā)出信號，對爐溫的控制可以加入PID模塊，提高控制精度，通過檢測與自動化裝置使系統(tǒng)朝著智能化方向發(fā)展。