基于組態(tài)王模擬溫度控制的設(shè)計(jì)

喬振民

摘 要：本文是基于三菱公司FX2N系列的可編程控制器和亞控公司的組態(tài)軟件王的某一對(duì)象溫度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用STEP 7-MICRO WIN中自帶的PID控制模塊，使得程序更為簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度更為理想。利用組態(tài)軟件王設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采樣與處理。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王；模擬溫度控制；PLC

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度的控制器的研究進(jìn)行了廣泛深入的研究，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器研究取得了巨大的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器，如智能化PID，模糊系統(tǒng)，自適應(yīng)控制等，其性能控制效果好，可廣泛應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)機(jī)企業(yè)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)改造服務(wù)?，F(xiàn)今的工業(yè)控制中，多選用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集與處理，邏輯判斷，輸出控制；而上位機(jī)則是利用HMI軟件來(lái)完成工業(yè)控制狀態(tài)，流程和參數(shù)的顯示，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，管理，分析和存儲(chǔ)等功能。在這種方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為1/3點(diǎn)。選用FX2N系列PLC，由于系統(tǒng)必須對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集和控制，還必須使用模擬量輸入/輸出模塊FX2N-4AD模塊，晶閘管跳功模塊，溫度變送器。整個(gè)硬件系統(tǒng)的原理圖2如下：

蒸汽量流過(guò)熱電偶對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行溫度測(cè)量，將測(cè)量的結(jié)果送到溫度變送器，通過(guò)溫度變送器將模擬量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的1-5V的低壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)通過(guò)FX2N-4A/D器轉(zhuǎn)換為PLC可以識(shí)別的數(shù)字量。

3 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

HMI監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫(huà)面及相應(yīng)的功能子畫(huà)面組成，HMI畫(huà)面的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。HMI畫(huà)面使用組態(tài)軟件來(lái)做的，常見(jiàn)的組態(tài)軟件有西門(mén)子WINCC羅克韋爾的RSVIEW及國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王力控等。組態(tài)王和其他軟件相比最大的優(yōu)勢(shì)就是它操作方便，提供了資源管理器式的操作主界面。

4 元器件的選型

4.1 溫度傳感器

溫度傳感器是用來(lái)監(jiān)測(cè)水溫的，他將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再送到變送器。本次設(shè)計(jì)選用pt100鉑電阻作為溫度傳感器，鉑電阻的阻值變化為100.0-138.5歐，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后輸出4-20mA電流。

4.2 溫度變送器

溫度變送器，專(zhuān)用于熱電阻或熱電偶，將溫度轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)。本次選用WZPB一體化溫度變送器是溫度傳感器與變送器的完美結(jié)合，已十分簡(jiǎn)潔的方式把-200～+1600度范圍的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為二線(xiàn)制4～20MA DC 的電信號(hào)傳輸給顯示儀，調(diào)節(jié)器，記錄儀等，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確測(cè)量和控制。

4.3 PLC控制器

采用FX2n系列PLC，F(xiàn)X系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU電源和固定搭配的輸入和輸出。Q4AR系列為雙擊熱條件系列，最大輸出點(diǎn)數(shù)為8192點(diǎn)，A系列PLC的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)，F(xiàn)系列程控器的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)，每臺(tái)主機(jī)可連模入，摸出，高速記數(shù)，定位等特殊模塊，不超過(guò)八個(gè)。

4.4 調(diào)壓器

調(diào)壓器是應(yīng)用晶閘管，及其控制觸發(fā)電路用于調(diào)整負(fù)載功率的盤(pán)裝功率調(diào)整單元。本次采用PAD-37系列SCR晶閘管作為交流調(diào)壓器，它的功能是通過(guò)對(duì)電壓電流，功率的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)精密控溫。并且憑借先進(jìn)的數(shù)字控制法，優(yōu)化了電能使用效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張偉林.電氣控制與PLC綜合應(yīng)用技術(shù).人民郵電出版社，2009.

[2]黃艷麗，黎旭.設(shè)計(jì)與人機(jī)界面.北京理工大學(xué)出版社，2007.