基于PLC的加熱爐爐溫控制系統設計

徐倆倆+趙崧程+張萍華

摘要：為精確控制電加熱爐的爐溫，利用FX3U系列PLC，結合MCGS組態軟件對爐溫進行實時監測和控制。從元器件選擇和程序編寫2個方面，介紹爐溫控制系統的設計思路及控制程序，實現爐溫實時監測及運行調整，保證系統正常運行。

關鍵詞：溫度控制；可編程邏輯控制器；MCGS組態系統；實時監控

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）08-0025-02

電加熱爐是利用電流使爐內電熱元件或加熱介質發熱對工件進行處理的一種工業爐。精確控制爐溫是完成工業生產過程的重要條件之一。采用PLC和組態軟件相結合的方式對爐溫進行實時監控與調節，不僅具有成本低廉，控制精度高等特點，而且安全可靠，能夠合理利用能源。

1 系統描述

系統主要由三菱系列FX3U-48M型PLC、組態軟件MCGS、電熱爐、溫度傳感器和外圍設備組成。溫度傳感器實時采集電熱爐的爐溫，經轉換后傳送給PLC；PLC接收溫度信號并根據爐溫給出相應的控制指令，使爐溫始終保持在要求的范圍內；組態軟件除實時顯示爐溫外，還具有報警、正常工作指示等功能。系統原理如圖1所示。

2 核心器件選擇

三菱FX3U系列PLC采用一類可編程的存儲器，用于內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。系統采用三菱系列FX3U-48M型PLC作為主控元件。該型PLC具有24點輸入和24點輸出，結構簡單，編程方便，可靠性高。

MCGS嵌入版組態軟件專門應用于嵌入式操作系統，其具有以下特點：實時性強；并行處理性能優良；安全機制完善；報警功能多樣化；多媒體畫面豐富、生動；可維護性良好；控制復雜運行流程方便。

溫度傳感器選用PT100型熱電阻溫度傳感器，可將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號，溫度采集范圍為-200～+850 ℃。本系統所需溫度為40～60 ℃。

PLC拓展模塊完成A/D和D/A轉換。PT100采集溫度信號后，經溫度變送器轉換成4～20 mA的標準電流信號，再由A/D轉換模塊轉換成數字量后傳送給PLC；PLC根據實時溫度給D/A模塊發送操作指令（加熱棒的功率變化情況），從而控制加熱棒電流，進而達到改變爐溫的目的。

將PLC和MCGS組態軟件結合起來應用，可以實現爐溫的實時監測與控制，滿足生產要求。硬件接線如圖2所示。

3 I/O地址分配

系統共用3個輸入接口和1個輸出接口。按鈕SB1為急停按鈕，當出現緊急情況時，按下SB1，系統立刻停止，除急停指示燈外，所有燈均不亮，同時蜂鳴器報警；緊急情況解除后，急停燈滅，蜂鳴器停止報警。按鈕SB2為啟動按鈕，按下SB2，系統開始工作。按鈕SB3為停止按鈕，按下SB3，系統停止工作，所有燈不亮。I/O地址分配如表1所示。

溫度信號輸入到A/D轉換模塊后再發送至PLC，而PLC的控制信號傳送到D/A轉換模塊，所以PLC不再為模擬量分配輸入輸出地址。

4 程序流程

系統整個工作流程為：啟動系統，按下啟動按鈕SB2，若溫度低于40 ℃，加熱棒最大功率工作；若溫度在40～55 ℃之間，正常功率輸出；若溫度在55～60 ℃之間，功率降到正常功率之下；若溫度大于等于60 ℃，加熱棒停止加熱。按下SB3，系統停止工作。程序流程如圖3所示。

5 監控界面

MCGS由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略5個部分構成。在設備窗口中設置設備屬性值，包括初始工作狀態、最小采集周期、串口端口號、數據校驗方式、PLC類型等。在用戶窗口中建立系統的人機交流界面，通過不同類型和功能的對象構件，實現對實時數據的監測和處理。監控界面如圖4所示。

監控界面中設有啟動、停止和急停按鈕。這些按鈕與開關功能相同，均可控制系統工作。遇緊急情況按下急停按鈕，整個系統停止工作，保證系統安全運行。此外，界面上還設置低溫指示燈、正常溫度指示燈、高溫報警指示燈、急停指示燈等，可以直觀準確地反映系統工作情況。

6 結論

將PLC與MCGS組態系統應用于溫度控制系統中，既能實時監測系統運行，又能根據爐溫及時調整系統運行狀態，即在出現爐溫偏低、爐溫正常、爐溫過高等現象時，發出相應的信號，保證系統正常運行，方便工作人員操作。

參考文獻

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