PLC智能恒溫控制系統在內爬塔機液壓頂升系統中的應用

王炳琴黃志源王炳莉

（1.樂山職業技術學院，四川 樂山 614000；2.華電鄭州機械設計院有限公司，河南 鄭州 450000；3.華能日照電廠，山東 日照 276800）

PLC智能恒溫控制系統在內爬塔機液壓頂升系統中的應用

王炳琴1黃志源2王炳莉3

（1.樂山職業技術學院，四川 樂山 614000；2.華電鄭州機械設計院有限公司，河南 鄭州 450000；3.華能日照電廠，山東 日照 276800）

為了實現內爬塔式起重機液壓油箱的恒溫智能控制，本系統采用傳感器、PLC和加熱器、冷卻器實現對系統溫度的監控和調整。該系統采用傳感器實時監測油箱的溫度，PLC將測得的溫度值與預先設定的最佳工作溫度范圍進行比較，若溫度在設定的溫度范圍內，PLC控制液壓泵站電機工作，實現塔機的頂升；若高于或低于設定的溫度范圍，則控制冷卻器或加熱器工作，以降低或升高油溫。同時，在液壓油箱內安裝與油箱容積匹配的加熱器和冷卻器，使內爬塔式起重機液壓系統的工作溫度恒定，頂升工作性能穩定。另外，由于該裝置簡單、易操作，且可設定的溫度范圍大，傳感器對溫度變化的反應靈敏度高，在多種需要進行恒溫控制的工業裝置中都可以推廣應用。

PLC；智能恒溫控制系統；加熱器；冷卻器

目前在生產、生活等領域對恒溫控制系統的需求量非常大，PLC控制系統以其可靠性高，功能完善，適用性強、系統設計簡便，易于改造等諸多優勢，被廣泛地應用于各種場合。本系統采用的智能恒溫調控系統[1]是基于PLC的模擬輸入功能和溫度傳感器PT100的實時測溫功能而設計的。溫度傳感器PT100的阻值隨溫度呈線性變化，在0℃時阻值為100Ω，由PLC的A/D轉換模塊自動完成對其電阻進行測量即可得到傳感器處的溫度。然后PLC根據傳感器處的溫度與設定溫值比較，通過控制加熱或冷卻設備工作，實現智能恒溫控制。該系統結構簡單，功能實現容易，經過簡單的改變就能夠適用于不同的工作要求，具有廣泛的應用前景。

1 PLC智能恒溫控制裝置介紹

1.1 操作面板

該系統控制柜操作面板如圖1所示，上方的數碼管顯示溫度傳感器處的溫度值，下方的數碼管顯示設定的最佳溫度值，下方數碼管的右側是滑動變阻器旋鈕，用于設定最佳的溫度控制值。當傳感器處反饋的溫度值高于或者低于當前設定的溫度值時，PLC控制冷卻器或加熱器工作，以此實現液壓油溫的恒溫智能控制。面板上的指示燈共有四個（一個紅色，三個綠色），其中，第一個紅色指示燈顯示電源通、斷狀態，從左到右第二個、第三個和第四個綠色指示燈依次顯示在不同溫度條件下加熱器、冷卻器及液壓泵站電機的動作狀態。最下面一行是兩個控制按鈕，左邊是開始按扭，當控制柜通電后需按下開始按鈕，PLC才開始工作；右邊是停止按鈕，停止按鈕，不自鎖，按下后PLC不工作，但是控制柜不斷電，要斷電只能控制柜電源插頭。

圖1 操作面板

圖2 內部接線圖

1.2 內部接線圖

控制柜下方有兩個接線端子，一個接控制柜電源插頭，一個接溫度傳感器PT100，將這兩條線從柜子底下的方孔引出，然后合上柜子的控制面板蓋，就可以通電了。

1.3 PLC恒溫控制裝置的工作原理

該裝置的主要功能是采集溫度并且讀入PLC系統中，采用比較簡易的控制算法。當按下開始按鈕后，PLC開始執行讀取溫度和控制加熱器、制冷器及液壓泵站電機起動或停止三個輸出的程序。通過旋轉滑動變阻器設定最佳的工作溫度范圍，在內爬塔機頂升工作過程中，將傳感器的感溫頭放置于液壓油箱中，實時監測油箱內液壓油的溫度，并即時將信號反饋至PLC，此時，工作面板上的數碼顯示管實時顯示液壓油的當前溫度。同時，PLC對反饋輸入的液壓油溫度值與預先設定的最佳工作溫度范圍進行比較，若此時液壓油溫處于最佳的工作溫度范圍內，PLC控制液壓泵站電機連續工作，若傳感器反饋的溫度超出了最佳的工作溫度范圍，PLC將啟動加熱器或冷卻器對液壓油進行升溫或降溫處理。

2 PLC智能恒溫控制系統的控制原理[2]

2.1 液壓油箱自動恒溫控制原理圖

油溫自動恒溫控制原理如圖3所示。在液壓系統剛開始工作或液壓油溫度過低(T＜T1)時，PLC控制器接收到傳感器反饋的溫度信號T1，控制KM1閉合，接通加熱器，對油液進行加熱。當油溫T達到T1時，PLC控制器接收到的T1信號消失，控制KM1斷開，停止加熱。當油溫達到T＞T3時，PLC控制器接收到傳感器反饋的溫度信號T3，控制KM3接通，接通冷卻器。當溫度達到T2（T1＜T＜T3）時，PLC控制器接收到傳感器反饋的溫度信號T2，控制KM2接通，接通液壓泵站電機，液壓油從高壓油管口流出，流入液壓油缸無桿腔，使活塞桿向下伸出，開始爬升。

圖3 自動恒溫控制原理圖

2.2 程序基本原理

程序開始后，按下X0起始按鈕（其中，X0起始按鈕為常開觸點），M0中間繼電器閉合。本程序采用臺達PLC的模擬輸入功能。模擬輸入寄存器為D1110，D1111。其中D1110為溫度反饋值，D1111為設定值。

當D1111大于等于D1110時，Y0輸出。反之，當D1111小于D1110時，Y1輸出。X1為停止按鈕，為常閉觸點，X1斷開后，M0中間繼電器結束自鎖。

2.3 梯形圖

如圖4所示。

圖4 梯形圖

3 液壓油箱制熱、制冷結構工作原理

液壓系統在工作時，其壓力損失和機械損失等都會轉化為熱能而使液壓油升溫，而當外界環境溫度很低時，又會使油溫過低。油溫的變化會導致液壓油的黏度變化，從而導致液壓元件的壽命降低及機械系統運動不穩定。液壓油箱在液壓系統中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質等作用。因此，在開發內爬塔式起重機液壓系統的PLC智能恒溫控制裝置的同時，也對原來的液壓油箱[3]進行了相應的改進，不僅在油箱內安裝了很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等，而且還對油箱的容積也進行了改造，使油箱容油量與制熱器、制冷器相匹配，達到最好的使用效果。

3.1 加熱器

本系統油箱加熱器采用加熱管對液壓油進行加熱。加熱管適用于加熱空氣、油、水、化學介質、熱壓模，熔化鹽、堿及低熔點合金等。具有熱效率高、使用壽命長、機械強度高、安裝方便、安全可靠等特點，加熱管可以根據油箱容積大小選擇合適的型號。

3.2 冷卻器

本系統油箱冷卻器的工作原理與電冰箱的工作原理相同，工作時氣態制冷劑通過壓縮機被壓縮成高溫高壓的氣體后進入冷凝器，冷凝器將高溫高壓的氣態制冷劑換熱成低溫高壓的液態制冷劑。液態制冷劑再通過毛細管，此時，制冷劑壓力降低，溫度繼續下降，成為氣液兩相后再進入蒸發器，制冷劑在蒸發器中換熱氣化成為高溫低壓的氣態制冷劑，然后再回到壓縮機內繼續循環。

本系統采用這種冷卻器，最大的優勢是制冷速度快，溫度降低明顯，大大縮短了液壓油降溫的時間，相比較其他方式的冷卻方式，冷卻效果好。而且，這種冷卻器的生產成本較低，加工制作方便。

4 PLC恒溫智能調控系統在內爬塔式起重機中的應用

內爬塔式起重機對液壓頂升系統的性能要求很高，但由于塔機工作過程中負載大，環境溫度相差大等因素，導致液壓系統在頂升過程中液壓油溫度變化大，使液壓油溫度過高或過低，從而使頂升過程無法順利完成。如果能為每臺內爬塔式起重機配備一套液壓智能調控系統，將大大改善塔機的工作性能和可靠性。

僅從樂山立安建設機械有限責任公司一家專業內爬塔式起重機生產廠家來看，目前生產的內爬塔機從40噸·米到450噸·米，共有20多種型號規格，近幾年產品銷量可達到年產數百臺，每臺內爬塔機配備一套新型內爬塔機的液壓智能調控系統，每臺利稅5 000—10 000元，可創造年利稅數百萬元。另外因為該恒溫智能調控系統的適用性很強，只需稍作改動就可以應用于其他塔機的液壓系統。目前，我國的塔機生產量年產3萬臺以上，如若其中5%～10%配備新型液壓智能調控系統，其利稅更為可觀。

5 結論

文中提出的這種PLC智能恒溫調控系統設計簡單，方便實用，且各元器件成本低廉，通過生產試驗發現，該系統性能穩定，適用的溫度變化范圍大，性能可靠。并且該系統的操作簡便，通過簡單的調節就可以進行控制，如果要推廣應用，只需對相關配套的加熱器、冷卻器功率及液壓油箱的容積進行相關的試驗和調整，就能有效地實現液壓油的智能恒溫控制。經后續的開發，將能為很多需要進行智能恒溫控制的場合使用。

[1]黃曉林.一種實用型智能恒溫控制系統設計[J].自動化技術與應用，2011（11）：92-96.

[2]李德林，劉明，開發PLC富余功能實現油箱油溫自動恒溫控制的研究[J].測控技術，1993（4）：35-38.

[3]李俊義，黃遜偉，孟昭林.大型液壓泵站的油溫自動控制裝置[J].液壓與氣動，1999（03）.

TP29

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1003-5168(2014)03-0132-02