基于PLC的电阻炉温度控制系统

自动控制系统课程设计
基于PLC的电阻炉温度自动控制系统
《自动控制系统》课程设计任务书
专业自动化班级姓名
设计题目：基于PLC的电阻炉温度控制系统
一、设计实验条件
地点：自动化系Rockwell实验室
实验设备：PC机、Mircologix1500可编程控制器、管式电阻炉
二、设计任务
设计PLC自动控制系统，设定电阻炉的温度在一个特定的范围之内，并自动调节电阻炉温度到这个范围中。

设计要求：使用AB公司的Mircologix1500可编程序控制器，实现电阻炉的温度控制。

三、成员
1、前言
1987 年，国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准第三稿中，对可
编程控制器的定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入/输出，控制各种机械或生产过程。

电阻炉是热处理常用设备之一，电阻炉可以提供室温至1200℃范围的温场。

维持电阻炉某一范围的温度恒定是必须要解决的问题。

电阻炉的发热体为电阻丝。

电阻炉通常采用模拟仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率，由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比例低，故控制精度低。

本文设计一个采用AB公司Micrologix1500可编程序控制器实现对电阻炉温度的自动控制。

PLC的模拟量输入模块反馈的炉温实际值与给定值的偏差进行PID运算，运算结果输出控制电阻炉平均功率的大小，来达到控制炉温的目的。

2、电阻炉温度控制系统基本构成
由PLC控制的电阻炉温度控制系统构成如图1所示，系统工作过程：一是给定值（0~1200℃）通过键盘输入PLC主机，再由PLC主机传递给数字量输出模块，控制固态继电器的开关状态，从而控制电阻炉的加热情况；二是通过温度检测装置热电偶检测到的变换为电流信号的炉温值通过模拟量输入模块读入PLC主机，由PLC主机内部PID的程序与温度给定值相比较，对数字量输出模块进行下一度的控制。

其中PLC是整个系统的主控核心。

3、电阻炉温度控制系统硬件设计
3.1 确定控制系统输入输出（I/O）信号点数
1、总开关需点动按钮一个，因此，共需开关量输入点1个。

温度检测装置
第3页
（热电偶）需要模拟量输入点1个。

2、固态继电器的开关需要2个数字量输出点。

3.2 确定输入输出模块型号
由于热电偶采用WHNB-130型号，输出电压为4~20mA,，所以模拟量输入模块型号选择为1769-IF4，它可以直接和热电偶相连。

数字量输出模块型号选择为1769-OB16。

3.3 热电偶选型
实验室配有WHNB-130型号热电偶，输出电压为4~20mA，温度测量区间在0~1200℃。

3.4 固态继电器
固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。

用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。

固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。

固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件。

实验室配有施耐德SSR-01 DA型号固态继电器，铭牌上输入为3~32V直流输入，输出为24~240V交流输出，而Micrologix1500的数字量输出模块输出电压为24V，所以满足本实验需要。

3.6 Micrologix1500简介
Micrologix1500可编程序控制器包括电源、输入电路、输出电路和处理器。

控制器具备24点I/O和28点I/O组态功能。

Micrologix 1500是更为优秀的可编程控制器平台，比Micrologix 1000提供更多的高级功能。

在过去，为了实现这些功能，可能选用大型的控制器，而现在Micrologix 1500控制器为用户提供了更经济的方案。

Micrologix 1500采用了新颖的两块式组合设计方式。

它由处理器和基座组成，两者通过导轨进行装配，从而构成一个完整的控制器单元。

另外，处理器可以从基座中单独拆除，这样一来，用户对基座的I/O端口可以有更灵活的选择，不仅减少了设备，而且还能降低成本。

1769 Compat系列I/O模块结构紧凑，可以扩展控制器的I/O。

从而增强系统的灵活性，满足更大范围应用项目的要求。

这种高性能、无机架式I/O模块可从正面进行拆除和插入，可以显著降低系统成本，减少维护时间。

另外，Micrologix 1500 还提供一项新的功能，用户可以通过一个
第 5 页
面板，对程序中的固定的参数文件进行修改，逼近简化了人机沟通方式，还增强了控制器的性能。

3.5 系统硬件连接
电阻炉温度控制系统硬件接线图如图2所示
4 数字PID 在电阻炉温度控制系统中的应用
典型的数字P1D 控制系统如图3所示，图中SP(t)是给定值PV(t)为反馈量，C(t)为输出值，PID 控制器的输入输出关系可表示为：
1()1()()()0de t M t Kc e t e t dt Td Ti dt ⎡
⎤=++⎰⎢⎥⎣⎦
由于每次处理工件的温度、外型及重量不同，PID 的参数会发生变化，不能。