基于PLC的溫度控制系統

摘要：隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結構、工作原理及特性是非常重要的。

本設計應用性比較強，設計系統可以作為生物培養液溫度監控系統，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調節系統、實驗室溫度監控系統等等。課題主要任務是完成環境溫度檢測，利用單片機實現溫度調節并通過計算機實施溫度監控。設計后的系統具有操作方便，控制靈活等優點。

關鍵詞：溫度控制；傳感器；可編程邏輯控制器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0050-02

一、系統硬件設計

計算機工作的外圍電路設備

（一）溫度傳感器

溫度傳感器采用補償型NTC熱敏電阻其主要性能如下：補償型NTC熱敏電阻 B值誤差范圍小，對于阻值誤差范圍在5％的產品，其一致性、互換性良好。適合于一般精度的溫度測量和計量設備。

（二）RS-232-C接口電路

計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業協會（EIA）聯合貝爾系統、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間 串行二進制數據交換接口技術標準”該標準規定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信 號的電平加以規定。

（三）繼電器

繼電器是具有隔離功能的自動開關，廣泛用于遙控，遙測，通信，自動控制，機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。

繼電器是在自動控制電路中起控制與隔離作用的執行部件，它實際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動開關。在本系統中，繼電器控制的自動溫度調節電路和PCI16F877A單片機中程序構成溫度自動監測電路，實現對生物培養液溫度的監測和自動控制

二、PLC的基本結構

而后可編程邏輯控制器經過了幾十年的發展，從最初的第一代產品發展到現在的第四代產品，在工業領域已做到全面的普及，在百分之八十的行業中百分之八十的設備均采用可編程邏輯控制器進行控制。

三、FX1S-30MR型PLC

經過幾十年的發展，PLC的種類繁多，有西門子、三菱等一系列產品。本文采用的是FX1S-30MR型PLC。

（一）使用環境規格

任何一種設備都是只有在一定的環境條件下才能夠正常工作情況。FX1S-30MR型PLC正常工作時的環境要求不高，因此應用范圍非常廣泛，保證了系統的穩定性。

對于溫度的要求，溫度適應范圍很廣，在0-55攝氏度的溫度下都可以使用，保存時溫度范圍更廣，-20-70攝氏度的范圍內都可以。對于相對濕度的要求，百分之36-85的范圍，只要不結露即可使用。在耐震性上，符合JISC0040標準。耐沖擊性符合JISC0041標準，147m/s2作用時間11ms的正弦半波脈沖在X、Y、Z三方向各三次。對于耐噪聲性，噪聲電壓可達1000VP。同時可耐受1500V電壓一分鐘，絕緣電阻在5M以上，符合JEM-1021標準。

從上面的環境規格中我們可以看出，FX1S-30MR型PLC非常適合應用在自動沖水系統的環境中。

（二）性能規格

FX1S-30MR型PLC采用存儲程序反復運算方式的運算控制方式，中間加有中斷指令。對輸入輸出采用批處理方式，具有脈沖捕捉功能。編程語言使用的是繼電器符號方式與步進梯形圖相結合的方式。可內置2K的EEPROM，就不需要后背的存儲器了。它具有27個順序指令，2個步進梯形圖指令，85種共167個應用指令。基本指令的運算處理速度可達，應用指令在左右。

它一共有16個輸入點，分別為，采用8進制進行編號；有14個輸出點，也是采用8進制進行編號，分別為。定時器延遲時設置在打開狀態，有ms、ms、ms三種狀態。計數器有16位增模式、16位保持模式、32位高速雙向模式三種。數據寄存器有128點的16位通用、128點的16位保持、1500點的文件寄存器、256點的16位特殊寄存器及16點的16位變址寄存器。在使用時是使用其中的一對，組成32位寄存器。

四、系統整體結構

控制器的硬件設計是軟件編寫的基礎，主要包括了電源、信號采集按鈕、水位檢測開關、進水和出水電磁閥、狀態指示燈等。

控制器主要分為6個功能模塊：

電源：其主要功能是為系統提供電能。FX1S-30MR型號的三菱PLC的電源部分分為交流供電和直流供電兩種，在該設計中才用的是交流供電的PLC。

信號采集按鈕：該部分的主要作用是輸入指令的采集。其中包括手動模式、自動模式、啟動、停止、進水閥點動開啟和出水閥點動開啟指令。

水位檢測開關：其主用作用檢測水位的變化。水位低檢測開關和水箱滿檢測開關，都是常開形式的。在水位高于下限時，水位低檢測開關是接通；在水位低于下限時，水位低檢測開關斷開。水箱滿檢測開關的動作形式同水位低檢測開關的工作形式相同。

進水電磁閥：其功能是控制進水閥的開啟與關斷。在其輸出有效時，進水閥接通，水箱開始進水。

出水電磁閥：其功能與進水閥相似，用來控制出水閥的開啟和關斷。在其輸出有效時，出水閥接通，開始沖水。

信號指示燈：該部分用來指示系統所處的工作狀態。主要包括手動模式和自動模式指示、水位低指示、水箱滿指示、水箱滿指示、正在沖水指示以及上電指示。通過觀察信號指示燈就可以知道，自動沖水系統所處的工作狀態。

六、自動沖水系統工作流程

自動沖水系統操作流程如下所述：

1.系統上電后，觀察上電指示燈狀態。上電指示燈亮，表明系統供電正常，否則應該檢查系統供電回路。

2.觀察準備好指示燈狀態。只有在準備好指示燈點亮的情況下，才可以進入自動模式，否則應該在手動模式下，通過手動控制進水閥接通，向水箱注水，在水箱水位脫離“水位低”狀態時，準好指示燈亮，此時可以進入自動狀態工作。

3.手動模式指示燈亮時，表明系統工作在手動模式下。手動模式主要用來系統的調試，進水閥和出水閥分別由按鈕控制，即按下進水或出水按鈕時，進水閥或出水閥能獨立“點動”工作。手動模式的退出，可以通過停止按鈕實現。

4.自動模式指示燈亮時，表明系統工作在自動模式下。進入自動模式后，首先檢測水箱水位，在“水位低”時，進水電磁閥接通，該狀態一直持續到“水箱滿”，一旦檢測到“水箱滿”狀態時，進水電磁閥關斷；系統進入自動模式時，定時30min自動開啟，到達動作時間時，出水電磁閥接通，開始沖水，并在延時10s后，自動斷開，開始下一次計時。自動模式的退出，可以通過停止按鈕實現。

5.水位低和水箱滿指示燈用來指示水箱水位所處的狀態。

七、總結

本文設計的自動沖水系統因為時間有限，設計中也存在著一些不足之處，有待進一步改進提高。

1.水箱每次沖水量的大小沒有進行科學的計算，水作為珍貴的地球資源，如何最高效的利用水資源是一個值得研究的課題。可以通過數學建立模型，分析水箱體積多大時可用最少的水達到最好的沖洗效果。

2.自動沖水系統水箱中的水都是干凈的水，能否設計一款水循環系統連接在自動沖水系統上，在一座建筑物或一個區域內將使用過的水處理后循環作為自動沖洗系統的水來源。

這些在自動沖水系統中改進之后，必將大大提高自動沖水系統的工作性能，同時達到降低成本、節約資源的目的。

參考文獻：

[1]郭艷萍.電氣控制與PLC應用[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3]高靜.電機拖動技術[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2004.