基于FX3U PLC的溫度監(jiān)控系統(tǒng)控制研究與實(shí)現(xiàn)

單均鎮(zhèn)

（柳州市第一職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣西 柳州 545006）

我國(guó)機(jī)械化產(chǎn)業(yè)進(jìn)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)得到長(zhǎng)足進(jìn)步，但是離工業(yè)自動(dòng)還有一定距離，為了提高工業(yè)化效率及工業(yè)化范圍，溫度控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，例如冶金，紡織，機(jī)械制造，航空航天等領(lǐng)域都離不開(kāi)溫度測(cè)量和監(jiān)測(cè)，溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)溫度的要求也越來(lái)越高。在現(xiàn)在的溫度變化控制誤差再允許范圍內(nèi)，使該系統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)，尤其是在人類無(wú)法或不頻繁進(jìn)入的測(cè)量區(qū)域，但也更加反映了溫度傳感器的重要性，自動(dòng)控制溫度已成為溫度控制主要的研究方向[1]。

1 控制電路

該裝置主要由電源電路的控制模塊、可編程控制器PLC模塊、溫度模塊、MCGSE配置模塊和其它部件構(gòu)成。整個(gè)控制系統(tǒng)，PLC控制整個(gè)中系統(tǒng)心，電源模塊提供電力，溫度控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)，采用MCGSE組態(tài)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、及時(shí)處理、比較溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行報(bào)警。。該設(shè)備具有一個(gè)電源模塊380V交流電源AC 220V，24V DC，三菱FX3U PLC基座模塊，MCGSE嵌入版本配置模塊，溫度傳感器（溫度傳感器使用鉑（Pt），電阻傳感器值將隨著溫度的變化而變化，并具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性）[2]。

2 系統(tǒng)控制工作流程

設(shè)置一個(gè)物料的溫度在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)，如讓被檢測(cè)的控制對(duì)象溫度設(shè)定在68℃±2--100℃±2之間，當(dāng)在系統(tǒng)運(yùn)行的初始狀態(tài)下，第一收集的信號(hào)到PLC到溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)通過(guò)PLC程序處理。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是比由系統(tǒng)中的溫度值設(shè)定的小于66℃時(shí)，PLC控制了加熱電阻絲，在連續(xù)加熱的過(guò)程中，溫度值將增加，當(dāng)溫度在設(shè)定值80℃±5當(dāng)正常運(yùn)行范圍內(nèi)，停止加熱;當(dāng)?shù)臏囟确秶笥谙到y(tǒng)設(shè)置的102℃時(shí)，PLC控制電阻絲停止加熱，并開(kāi)始冷卻風(fēng)扇，然后輸出報(bào)警。所有數(shù)據(jù)配置模塊工藝需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的比較，并執(zhí)行相應(yīng)處理或者產(chǎn)生警報(bào)[3]。

3 系統(tǒng)軟/硬件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)PLC和監(jiān)視設(shè)備的通信，PLC控制裝置實(shí)現(xiàn)在溫度控制中的故障診斷及排除。在系統(tǒng)中，通過(guò)將模擬信號(hào)組分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。FX3U模擬量輸入模塊的形式主要有FX3U-4AD模擬輸入模塊，F(xiàn)X3U-4AD 4通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊，選擇電流/電壓輸入形式（電壓輸入DC±10V，電流輸入DC±20mA，電流DC 4 mA--20mA），是一種具有高精確度的輸入模塊（電壓分辨率有0.32mA和2.5mA，電流分別率有1.25μA和5μA）。本文采用的是電流DC 4 mA--20mA輸入范圍、和分辨率1.25μA。利用模擬量元器件采集溫度轉(zhuǎn)換為模擬電流輸入信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，電流數(shù)據(jù)通過(guò)FX3U讀出的PLC信號(hào)在監(jiān)視裝置上顯示出來(lái)。在讀取比較PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行控制致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象的操作中，控制的溫度和設(shè)定溫度一致的[4]。

4 控制系統(tǒng)構(gòu)成

4.1 電控系統(tǒng)概述

該溫度控制系統(tǒng)是由電源電子控制系統(tǒng)柜，控制柜組成，控制系統(tǒng)由一臺(tái)三菱FX3U PLC控制器、兩臺(tái)FX3U-4AD型4通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、一臺(tái)FX2N-8E擴(kuò)展塊、2臺(tái)變頻器、4只距離設(shè)定型電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)。三菱FX3U PLC控制著溫度控制系統(tǒng)上的所有設(shè)備按照預(yù)定的工作流程運(yùn)轉(zhuǎn)；FX3U-4AD型4通道A/D轉(zhuǎn)換模塊用于溫度傳感器與PLC之間的模數(shù)轉(zhuǎn)換；FX2N-8E擴(kuò)展塊用于FX3U PLC輸入、輸出點(diǎn)的擴(kuò)充；2臺(tái)變頻器控制輸送鏈的運(yùn)行速度；4只距離設(shè)定型電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)用于定位2鏈前后位置的檢測(cè)；8只溫度傳感器用于物料溫度的采集，分別裝在2鏈上。

4.2 電控系統(tǒng)功能

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作模式有手動(dòng)和自動(dòng)模式。

4.2.1 手動(dòng)模式

（1）自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到手動(dòng)旋鈕，指示器燈顯示手動(dòng)，可以在1、2鏈進(jìn)行啟動(dòng)和停止。

（2）1鏈點(diǎn)擊可以正反轉(zhuǎn)進(jìn)行電動(dòng)，以便控制調(diào)整縱橫位置。

（3）2鏈電機(jī)可正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)，以便調(diào)整上下位置。

（4）1鏈溫度傳感器判斷溫度未達(dá)到要求時(shí)，1鏈啟動(dòng)電阻絲加熱。

（5）2鏈溫度傳感器判斷溫度未達(dá)到要求時(shí)，2鏈啟動(dòng)電阻絲加熱[5]。

4.2.2 自動(dòng)模式

（1）將旋鈕打到自動(dòng)，顯示自動(dòng)指示燈，按下啟動(dòng)按鈕后自動(dòng)模式自動(dòng)開(kāi)啟。

（2）將物料放在一號(hào)鏈上，確保一號(hào)鏈光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到，按下1鏈啟動(dòng)按鈕，1鏈啟動(dòng)，物料自動(dòng)向前，當(dāng)離開(kāi)1鏈后延時(shí)時(shí)間到自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)物料進(jìn)入2鏈后，物料被抬升，當(dāng)離開(kāi)2鏈后延時(shí)時(shí)間到自動(dòng)停止運(yùn)行。

（3）系統(tǒng)1鏈啟動(dòng)后，溫度傳感器采集物料溫度，如發(fā)現(xiàn)溫度不在設(shè)定的68℃±2--100℃±2范圍內(nèi)，PLC輸出電阻絲加熱，加熱到80℃±5范圍內(nèi)停止加熱，若物料在加熱的過(guò)程中離開(kāi)1鏈，PLC啟動(dòng)2鏈電阻絲繼續(xù)加熱直至滿足要求。

（4）2鏈運(yùn)行過(guò)程中仍然不能把物料加熱到設(shè)定溫度，終點(diǎn)位置繼續(xù)等待10秒加熱，設(shè)定時(shí)間到仍沒(méi)有達(dá)到設(shè)定溫度，PLC會(huì)停止加熱裝置，輸出報(bào)警。

5 組態(tài)監(jiān)控

組態(tài)監(jiān)控上有的主界面，參數(shù)設(shè)置，歷史數(shù)據(jù)，報(bào)警監(jiān)測(cè)界面窗口等4個(gè)監(jiān)控窗口，每個(gè)接口需要一組密碼[6]。設(shè)備操作者可以通過(guò)輸入密碼進(jìn)入這兩種主要的接口，用于停止和啟動(dòng)正常的溫度數(shù)據(jù)的當(dāng)前觀測(cè)值。在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以立即按下緊急停止按鈕，停止設(shè)備的運(yùn)行，并能驅(qū)動(dòng)所有保護(hù)設(shè)備。調(diào)試設(shè)備維護(hù)人員可以通過(guò)用戶接口輸入密碼，并在配置的溫度的上限和下限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，如果當(dāng)前溫度低于報(bào)警限值，則監(jiān)視裝置的報(bào)警燈的上限值時(shí)閃爍；如果超時(shí)加熱裝置，監(jiān)控裝置會(huì)觸發(fā)聲音警報(bào)，提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理。在與設(shè)備，維修問(wèn)題的情況下，調(diào)試可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)很快觀察數(shù)據(jù)設(shè)備[7]。

6 系統(tǒng)凋試

在該溫度控制系統(tǒng)的PLC轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單地接受命令根據(jù)預(yù)定的操作進(jìn)行每個(gè)輸送鏈的驅(qū)動(dòng)，移位不涉及調(diào)整，因此，只有逆變器，用于試運(yùn)行的固定頻率的保護(hù)值。到該系統(tǒng)中的鍵設(shè)置為電磁感應(yīng)式開(kāi)關(guān)，溫度傳感器，其控制輸送器的啟動(dòng)和停止的正常自動(dòng)操作、溫度的采集、電阻絲啟停等，因此，調(diào)試連續(xù)需要調(diào)整安裝電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)的位置時(shí)，以確保有效的檢測(cè)；并多次運(yùn)行GX Works2編程軟件的監(jiān)控功能，觀察結(jié)果是合理的溫度控制程序，連續(xù)地改變，優(yōu)化以獲得最佳的控制程序。

7 總結(jié)

實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集，溫度參數(shù)，報(bào)警溫度，歷史數(shù)據(jù)的顯示實(shí)時(shí)方面，并根據(jù)該參數(shù)溫度狀態(tài)管理綜合控制裝置。三菱FX3U PLC作為控制，使用如溫度FX3U-4AD模擬采集AD，復(fù)雜的控制電路被簡(jiǎn)化，使得維護(hù)更容易，更簡(jiǎn)單的操作，生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度的提高。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化，省力化程度及需求量的增加，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，具有良好的應(yīng)用形式Mitsubishi控制器也將會(huì)是一個(gè)多種性能的集合，我們將使用它運(yùn)用到更多的生產(chǎn)控制。