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)合模擬量擴展模塊(EM235),、Pt鉑金熱電阻、數(shù)碼管和直流電機等組成的,、針對工件熱處理設(shè)計的爐溫控制系統(tǒng)的硬件組成和程序設(shè)計方法,。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PT100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,。
1.1Pt100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。Pt100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,鉑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(xì)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,。
1.3SBW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(fù)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(fù)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,。
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
       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
       將鉑電阻Pt100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。

4.2LED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。

5結(jié)語
       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,。