Pt100熱電阻傳感器和在爐溫控制系統(tǒng)中應(yīng)用

摘要:給出了采用西門子PLC(S7-200)作為控制器,結(jié)合模擬量擴(kuò)展模塊(EM235)、Pt鉑金熱電阻、數(shù)碼管和直流電機(jī)等組成的、針對(duì)工件熱處理設(shè)計(jì)的爐溫控制系統(tǒng)的硬件組成和程序設(shè)計(jì)方法。該方法通過爐溫模擬量采集來編制PLC程序,以控制小車在生產(chǎn)軌道上的工作。
0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(shí)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)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(jī)的溫度控制系統(tǒng)、基于PLC的.溫度控制系統(tǒng)、基于工控機(jī)(IPC)的溫度控制系統(tǒng)、集散型溫度控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)等。本文設(shè)計(jì)的運(yùn)料小車爐溫控制系統(tǒng)主要采用PLC和熱電阻結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)采集控制。
1熱電阻式傳感器的應(yīng)用
       熱電偶或PT100熱電阻傳感器可把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再將該信號(hào)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(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)電路。經(jīng)調(diào)零后的信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大,放大的信號(hào)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。變送器的線化電路有兩種,均采用反饋方式。其中對(duì)熱電阻傳感器可采用正反饋方式進(jìn)行校正;對(duì)熱電偶傳感器，則可采用多段折線逼近法進(jìn)行校正。
1.1Pt100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(hào)。Pt100變送器可將傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(4~20mADC,0~10VDC)。本設(shè)計(jì)中,鉑電阻輸入一個(gè)微弱的電壓信號(hào)通過變松器可轉(zhuǎn)換成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA電信號(hào)。
1.2鉑電阻工作原理
       熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)本身電阻隨之變化的特性來測(cè)量溫度的。熱電阻的受熱部分(溫度元件)是用細(xì)金屬絲均勻地繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中有溫度梯度存在時(shí),所測(cè)量的溫度為感溫元件所在范圍內(nèi)的平均溫度。
1.3SBW系列Pt100溫度變送器及其硬件連接
       SBW系列Pt100溫度變送器的實(shí)物圖和硬件接.線方法如圖1所示。

       由圖1所示的變送器實(shí)物圖可知,使用時(shí)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(shí)，將該變送器串聯(lián)24V直流電源，負(fù)載端就可以直接得到變送器輸出的4~20mA的直流信號(hào)。本系統(tǒng)采用PLC模擬量模塊采集溫度信號(hào),可以如圖2所示串聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻,以把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0~10V的電壓信號(hào)輸入到PLC模擬量輸入端。

2爐溫控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
       本項(xiàng)目的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)爐溫控制系統(tǒng),其工作過程是:小車進(jìn)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(hào),由ST接口將模擬的電壓信號(hào)輸入給PLC,在PLC內(nèi)部與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較和計(jì)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(dá)到設(shè)定值時(shí),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(dòng)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。
3PLC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PLCCPU224XP,該機(jī)型是西門子新的200系列PLC中的控制器,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(jì)
       采用S7-200的編程軟件能直接進(jìn)行編程通訊，實(shí)現(xiàn)模擬監(jiān)控功能,結(jié)合工控組態(tài)軟件也能進(jìn)行上位機(jī)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(diǎn),還應(yīng)對(duì)應(yīng)控制柜上按鈕進(jìn)行編號(hào)。

4.1溫度采集及其處理
       將鉑電阻Pt100放到電熱爐中采集到電流信號(hào)后,通過變送器轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)再送入PLC(模擬量輸入端子A+、M)中,PLC和PC機(jī)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。

4.2LED數(shù)碼管顯示控制
       本設(shè)計(jì)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(duì)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。

5結(jié)語(yǔ)
       該系統(tǒng)針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)的模塊,在工業(yè)應(yīng)用中可以直接調(diào)用,用傳感器檢測(cè)爐溫,加熱完畢后及時(shí)發(fā)出信號(hào),對(duì)爐溫的控制可以加入PID模塊，提高控.制精度,通過檢測(cè)與自動(dòng)化裝置使系統(tǒng)朝著智能化方向發(fā)展。