基于PLC的溫度檢測與控制

趙 悅，王 欣，詹海強

(成都大學 工業制造學院，四川 成都 610106)

0 引 言

可編程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作為一種工業控制計算機，具有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、精確的數據處理能力、多種控制功能、網絡技術和優越的性價比等優點，是目前廣泛應用的控制裝置之一.PLC 對溫度的檢測也具有十分良好的性能，利用其對數字的精確轉換功能，即可得到較高精度的溫度值.

本設計是基于PLC 控制的一種溫度檢測和控制系統，其利用外擴的溫度檢測模塊對采集的模擬量數據進行轉換及處理，并利用文本顯示器TD400C 顯示設定溫度與實時溫度，再經PLC 控制加熱裝置.

1 工作原理

本系統采用西門子S7－200 CPU226，集成24 路數字輸入/16 路數字輸出，共計40 個I/O 點.由于系統沒有模擬量輸入和輸出單元，因此，擴展EM231 用于熱電偶/熱電阻檢測和冷端補償，擴展TD400C 文本顯示器用于溫度顯示、報警和鍵盤控制，擴展EM232 用于模擬量輸出.電流信號可以通過控制調壓器來控制電源的開度，從而控制電源的輸出功率.加熱器根據電源輸出功率調節加熱時間，從而達到溫度控制的作用.系統的工作原理如圖1 所示.

2 系統硬件設計

本系統硬件主要是由CPU226 芯片、溫度采集和轉換模塊EM231、溫度顯示模塊TD400C 以及模擬量輸出模塊EM232 等構成.

圖1 基于PLC 的溫度檢測和控制系統圖

2.1 溫度采集和轉換模塊EM231

EM231 熱電偶測量模塊是一種用于無源輸入信號A/D 轉換的模塊.它可以將外部輸入的4 通道熱電偶測量輸入A/D 轉換為16 位帶符號數據.EM231 熱電偶測量模塊能檢測的電壓值范圍為，－80 ～+80 mV，而它對應的轉換范圍為，－27 648 ～+27 648.EM231 熱電偶測量模塊的轉換時間為405 ms 左右，輸入電源為DC 20.4 ～28.8 V，有8 個設定開關，前3 個用于選擇不同類型的熱電偶.

將EM231 上的設定開關撥到所選擇熱電偶對應的值上(此處以K 型熱電偶為例，選擇開關撥到001)，SW1/2/3 輸入選擇設定如下:①000，J 型熱電偶(出場默認);②001，K 型熱電偶;③010，T 型熱電偶;④011，E 型熱電偶;⑤100，R 型熱電偶;⑥101，S型熱電偶;⑦110，N 型熱電偶;⑧111，±80 mV 電壓輸入.

熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它可直接測量溫度，并把溫度信號轉換成電壓信號.因電壓信號十分微弱，不能直接被電壓表之類的器件所準確感知，因而需將測得的電壓信號通過EM231的4 輸入通道中的1 個輸入到EM231 中，完成溫度的采集工作.

熱電偶采集到的電壓信號輸入到EM231 熱電偶測量模塊后，由EM231 將采集到的模擬電壓信號轉換成數字信號，并以一定的比例輸出到PLC 系統中進行下一步處理.具體轉換比例為，

其中，x 為熱電偶采集到的電壓信號，y 為x 經EM231 轉換后輸入到PLC 中的數據.查詢《傳感器與檢測技術實驗臺—用戶手冊》中關于K 型熱電偶的資料，得到了K 型熱電偶分度表.經線性擬合得到如圖2 所示數據.

圖2 K 型熱電偶分度表

2.2 溫度顯示模塊

TD400C 為S7－200 PLC 專用的新一代文本顯示器，能夠支持所有TD 200 的功能.TD400C 具有極高的性價比.TD400C 具有以下幾個性能特點:創新的定制化解決方案，用戶可以自定義面板的背景顏色，圖標及按鍵功能;新一代顯示屏，完美支持S7－200PLC;更強大的功能與更高的可靠性.

PLC 接收到EM231 傳送的數據后進行轉換，最終將溫度值顯示在TD400C 文本顯示器上.

TD400C 文本顯示器的正確配置是溫度顯示的關鍵，配置的參數直接影響到程序的編寫.

3 系統軟件設計

圖3 是程序設計流程圖.

圖3 程序設計流程示意圖

在程序的編寫過程中，必須注意不同類型數據的轉換，以提高最終溫度轉換的精確度.同時還應注意TD 配置中插入的數據地址必須與送入的數據地址相對應，否則數據顯示將不正確.

具體的軟件設計代碼如下:

4 結 語

運用EM231、TD400C 能夠實現對溫度的實時檢測與顯示，同時EM231 具有多路采集數據并處理數據的能力.這也意味著本系統能將外界采集的多路溫度信號同時輸入到EM231 中進行轉換與顯示.本系統可以用于各種溫度的實時監控領域，并且能夠滿足較高精度的測量.隨著PLC 的功能越來越強大以及處理速度越來越快，利用微小型PLC 系統構成的溫度采集處理與顯示系統將具有更高精度和實時性，且維護簡單，是一種切實可行的溫度檢測方案.

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