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PLC主机 图3.1 电阻炉温度控制系统图 所示。 调节的闭环系统。炉温控制系统的原理方框图如图4.2 键盘 Micrologix1500 PID调节 —温度检测装置 执行机构 电阻炉 实际温度
图3.2炉温控制系统的原理方框图
3.2 各独立模块方案论证
3.2.1 温度检测模块
温度检测电路的选择
方案一：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
方案二：热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克效应，即两种不同成分的道题两端连接成回路，如两接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：A 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。B 测量范围广。常用的热电偶从-50 +1600度均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269度，最高可达+2800度。C 构造简单，使用方便。热电偶通常是两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的
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限制，外有保护套管，用起来非常方便。缺点是熟悉度不够，想要正常安装颇有难度。
方案三：采用西门子S7-200，它集成14个输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。16K字节程序和数据存储空间。5个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个R5485通讯编程口，具有PPI通讯协议，MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端能容易的整体拆卸。具有较强的控制力。 这次设计我采用方案三，使用西门子S7-200，其提供一个4点12位模拟量输入和温度传感输入模块，输入为DC-5~+5v和0~20mA电压或电流。 下面列展了西门子S7-200的一些主要技术指标 集成的数字量输入/输出 14入/10出 可连接的扩展模块数量（最大） 7个 最大可扩展的数字量输入/输出范围 168点 最大可扩展的模拟量输入/输出范围 35点 用户程序区 8 KB 数据存储区 8 KB 后备数据时间（电容） 100
编程软件 Step 7-Micro/WIN 高速计数器 6个30 KHZ 高速脉冲输出 2个20 KHZ 通讯借口 1个RS-485 外部硬件中断 4
支持的通讯协议 PPI ,MPI ,自由口 模拟电位器 2个8位分辨率
实时时钟 内置时钟
3.2.2 变频调速模块
变频调速器的选择。由 n=60f/p知，当极对数p不变时，同步转速n和电源频率f成正比。因此，连续地改变供电电源的频率，就可以平滑地调节电动机的转速。这样的调速方法就是变频调速。变频调速具有较好的调速性能，是交流调速
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方法中具有重要意义的一种调速方法。在国内外都已得到推广和应用。目前，国外生产的变频装置容量已达一万千瓦以上，价格和性能都可以与直流系统想媲美。国内也有不少产品问世。但是，由于元件制造水平低、价格贵加上技术上要求复杂，所以限制了它的推广和应用。随着生产与技术水平的提高，变频调速系统必蒋得到更大的发展，以致在某些领域逐步代替直流调速系统。故本系统采用变频调速器。
变频调速器的工作原理。变频器调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s)/p，（式中n、f、s、p分别是表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。三相异步电动机转速公式为：n=60f（1-s)/p。从上式可见，改变供电频率f、电动机的级对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。
3.2.3 主控模块PLC
S7-200 cup 224 集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连续7个扩展
模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，16K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个R5485通讯/编程口，具有PPI通讯协议，MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。
图3.3 CUP 224模块接线图
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图3.4 CPU224 AC/DC/继电器 输入接线型式简图
图3.5 24V DC 输出接线型式 图3.6继电器输出 图3.7 24VDC输出
3.2.4 功率输出电路及其控制原理的分析
加热丝输出功率大小的调节，可以使用移相调压电路，也可以采用占空比开关电路进行控制。在采用移想调压电路时，即将计算到的控制量经D/A 变换，控制可控硅的移相触发电路，实现输出电压的无极调节。由于电压输出波形的不完整，含有高次谐波分量，对电网有一定的干扰。
采用占空比开关电路控制，即考虑可控硅控制电压和被控的交流电压之间以及电热丝产生的热量和所家的电压之间的非线性，通过调节周期时间内的通电时间来调节输出功率的大小，可以避免D/A转换和信号放大造成的不必要的误差，也可以通过可控硅的过零触发电路避免对电网的谐波干扰。在本系统中采用占空比开关电路控制，功率输出电路设计如图3.8。
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图3.8功率输出图
3.2.5 显示电路设计
方案一：液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优
点在袖珍仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
方案二：用LED数码管来显示。LED电子显示屏作为一种现在电子产品，以其灵活的显示面积、亮度高、寿命长、容量大、等特点。
本系统中PLC与液晶显示器相连太麻烦，但与LED连接比较简单。所以选取方案二。
该显示中选通信号由Y0，Y4控制。前一单元显示设定温度，后一单元显示当前温度。如当前温度显示为10则Y0~Y3为0001000000010000.
3.2.6 按键接入
本系统设计中,输入按键有三个，用一个来控制温度的升高与下降，一个用来确认，另一个来取消。PLC的输入借口X1用来接温度控制按键，X2作为确认按键输入，X3作为取消按键输入。在需要降稳时按下X1键再按确认。如错按则用X3取消。加热时按两下X1，再确认。
3.2.7 报警电路设计
本系统采用的是一个声光报警电路。当电路检测到温度偏高或偏低时，电路会产生发光发声报警。声光报警电路采用高亮的LED灯以及蜂鸣器来实现，其电路如下图3.9所示。
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