基于PLC的加热炉炉温控制系统设计

徐俩俩+赵崧程+张萍华

摘要：为精确控制电加热炉的炉温，利用FX3U系列PLC，结合MCGS组态软件对炉温进行实时监测和控制。从元器件选择和程序编写2个方面，介绍炉温控制系统的设计思路及控制程序，实现炉温实时监测及运行调整，保证系统正常运行。

关键词：温度控制；可编程逻辑控制器；MCGS组态系统；实时监控

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）08-0025-02

电加热炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热对工件进行处理的一种工业炉。精确控制炉温是完成工业生产过程的重要条件之一。采用PLC和组态软件相结合的方式对炉温进行实时监控与调节，不仅具有成本低廉，控制精度高等特点，而且安全可靠，能够合理利用能源。

1 系统描述

系统主要由三菱系列FX3U-48M型PLC、组态软件MCGS、电热炉、温度传感器和外围设备组成。温度传感器实时采集电热炉的炉温，经转换后传送给PLC；PLC接收温度信号并根据炉温给出相应的控制指令，使炉温始终保持在要求的范围内；组态软件除实时显示炉温外，还具有报警、正常工作指示等功能。系统原理如图1所示。

2 核心器件选择

三菱FX3U系列PLC采用一类可编程的存储器，用于内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。系统采用三菱系列FX3U-48M型PLC作为主控元件。该型PLC具有24点输入和24点输出，结构简单，编程方便，可靠性高。

MCGS嵌入版组态软件专门应用于嵌入式操作系统，其具有以下特点：实时性强；并行处理性能优良；安全机制完善；报警功能多样化；多媒体画面丰富、生动；可维护性良好；控制复杂运行流程方便。

温度传感器选用PT100型热电阻温度传感器，可将温度变量转换为可传送的标准化输出信号，温度采集范围为-200～+850 ℃。本系统所需温度为40～60 ℃。

PLC拓展模块完成A/D和D/A转换。PT100采集温度信号后，经温度变送器转换成4～20 mA的标准电流信号，再由A/D转换模块转换成数字量后传送给PLC；PLC根据实时温度给D/A模块发送操作指令（加热棒的功率变化情况），从而控制加热棒电流，进而达到改变炉温的目的。

将PLC和MCGS组态软件结合起来应用，可以实现炉温的实时监测与控制，满足生产要求。硬件接线如图2所示。

3 I/O地址分配

系统共用3个输入接口和1个输出接口。按钮SB1为急停按钮，当出现紧急情况时，按下SB1，系統立刻停止，除急停指示灯外，所有灯均不亮，同时蜂鸣器报警；紧急情况解除后，急停灯灭，蜂鸣器停止报警。按钮SB2为启动按钮，按下SB2，系统开始工作。按钮SB3为停止按钮，按下SB3，系统停止工作，所有灯不亮。I/O地址分配如表1所示。

温度信号输入到A/D转换模块后再发送至PLC，而PLC的控制信号传送到D/A转换模块，所以PLC不再为模拟量分配输入输出地址。

4 程序流程

系统整个工作流程为：启动系统，按下启动按钮SB2，若温度低于40 ℃，加热棒最大功率工作；若温度在40～55 ℃之间，正常功率输出；若温度在55～60 ℃之间，功率降到正常功率之下；若温度大于等于60 ℃，加热棒停止加热。按下SB3，系统停止工作。程序流程如图3所示。

5 监控界面

MCGS由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5个部分构成。在设备窗口中设置设备属性值，包括初始工作状态、最小采集周期、串口端口号、数据校验方式、PLC类型等。在用户窗口中建立系统的人机交流界面，通过不同类型和功能的对象构件，实现对实时数据的监测和处理。监控界面如图4所示。

监控界面中设有启动、停止和急停按钮。这些按钮与开关功能相同，均可控制系统工作。遇紧急情况按下急停按钮，整个系统停止工作，保证系统安全运行。此外，界面上还设置低温指示灯、正常温度指示灯、高温报警指示灯、急停指示灯等，可以直观准确地反映系统工作情况。

6 结论

将PLC与MCGS组态系统应用于温度控制系统中，既能实时监测系统运行，又能根据炉温及时调整系统运行状态，即在出现炉温偏低、炉温正常、炉温过高等现象时，发出相应的信号，保证系统正常运行，方便工作人员操作。

参考文献

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