橫拉通道設(shè)備基于PLC的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，因其可通過軟件改變控制過程，且具有體積小，組裝靈活，編程簡(jiǎn)易抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，非常適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。本文設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用的是西門子系列S7300的PLC，配合WINCC 6.2上位機(jī)組態(tài)軟件，能夠在中控室電腦上實(shí)時(shí)監(jiān)控橫拉現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)溫度，并生成趨勢(shì)曲線圖。

關(guān)鍵字：WinCC；PLC；溫度監(jiān)控；軟件編程

中圖分類號(hào)： O551.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

現(xiàn)代控制是一個(gè)國家現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，而在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程邏輯控制器（PLC）作為自動(dòng)化控制三大技術(shù)（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一，已成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，通過內(nèi)部存儲(chǔ)器執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)算等操作指令，并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，完成對(duì)各種的機(jī)械或者生產(chǎn)過程的控制。從美國1969年研制第一臺(tái)應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線的PLC獲得成功后，經(jīng)過40多年的來，隨著計(jì)算機(jī)和微電子迅速發(fā)展，使PLC成為工業(yè)自動(dòng)化的主要核心控制系統(tǒng)。本文涉及的溫度監(jiān)控系統(tǒng)以PLC為核心，配合WinCC上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)橫拉各區(qū)的溫度監(jiān)控、歷史趨勢(shì)曲線生成及各種超溫故障的報(bào)警。

2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析：

2.1 溫度監(jiān)控系統(tǒng)具體要求：

2.1.1 要求PLC能監(jiān)控橫拉各區(qū)實(shí)際溫度，通過通訊方式傳送到中控室上位機(jī)；

2.1.2 能在上位機(jī)獨(dú)立界面上顯示各區(qū)實(shí)際溫度，并能通過界面按鈕調(diào)出溫度趨勢(shì)曲線圖作線性分析。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊組成：

基于以上要求，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊包括：溫度檢測(cè)單元、PLC、模擬量輸入模塊、監(jiān)控電腦（上位機(jī)）。溫度監(jiān)控系統(tǒng)原理是：通過溫度檢測(cè)單元將檢測(cè)到的溫度信號(hào)傳送到模擬量輸入模塊，經(jīng)模塊內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送到PLC，PLC經(jīng)過指令運(yùn)算對(duì)數(shù)字量進(jìn)行處理，再通過WinCC軟件組態(tài)后，在監(jiān)控電腦上顯示溫度值及趨勢(shì)曲線。

2.2.1 溫度檢測(cè)單元的選型：

溫度檢測(cè)單元的元件主要有PT100（鉑熱電阻）和熱電偶兩種：

PT100（鉑熱電阻）利用金屬鉑在溫度時(shí)自身阻值隨之改變特性測(cè)量溫度，對(duì)于變化在-50～600℃測(cè)量范圍內(nèi)具有其他測(cè)溫元件無法比擬的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)精度高，穩(wěn)定性好，環(huán)境抗干擾能力強(qiáng)等；熱電偶由兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體進(jìn)行連接，對(duì)此接點(diǎn)上加熱時(shí)，在它們不加熱的部位就會(huì)產(chǎn)生電位差，通過電位差與溫度存在線性關(guān)系測(cè)量溫度，其測(cè)溫材料延展性較好，但靈敏度較低，容易受環(huán)境干擾信號(hào)影響。

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)溫度顯示要求實(shí)時(shí)無滯后快速反映溫度的變化，且顯示精度精確到0.1℃，因此選用鎧裝式PT100雙測(cè)溫探頭，并對(duì)探頭檢測(cè)材料和外徑進(jìn)行專門選型訂做，同時(shí)為減少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的電磁干擾，模擬信號(hào)傳輸選用屏蔽雙絞電纜，并且模擬信號(hào)電纜的屏蔽層進(jìn)行接地處理。

2.2.2 溫度信號(hào)模擬量輸入模塊的選型

模擬量數(shù)據(jù)處理模塊選用的是西門子SM331擴(kuò)展模塊，其作用是將現(xiàn)場(chǎng)各種模擬量傳輸出的直流電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換到PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)它最大優(yōu)點(diǎn)是能直接連接溫度傳感器（PT100和熱電偶）。SM331主要原理是先將輸入的模擬量信號(hào)通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)PLC能直接識(shí)別讀取，然后再通過程序進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算處理；另外其輸入信號(hào)種類用安裝在模塊側(cè)面的量程卡來設(shè)置，每?jī)蓚€(gè)通道為一組，共有4個(gè)量程卡，可以設(shè)置“A”“B”“C”“D”四個(gè)位置，對(duì)應(yīng)含義是：“A”為熱電阻、熱電偶；“B”為電壓；“C”為四線制電流；“D”為兩線制電流，使用時(shí)按輸入信號(hào)種類對(duì)量程卡進(jìn)行設(shè)置。

3.3 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的深化分析總結(jié)：

老式傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)都是在現(xiàn)場(chǎng)安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電柜，并在電柜內(nèi)對(duì)應(yīng)的每個(gè)溫度監(jiān)控區(qū)配備一個(gè)溫度表，當(dāng)需監(jiān)控的系統(tǒng)有多個(gè)溫度點(diǎn)時(shí)，溫控表和現(xiàn)場(chǎng)電線電纜的布線數(shù)量都非常龐大，使得電氣系統(tǒng)搭建起來后故障頻發(fā)，故障排除相當(dāng)?shù)睦щy；另外溫控表本身雖然能實(shí)時(shí)顯示反映各監(jiān)控區(qū)的溫度，但由于每個(gè)表的數(shù)據(jù)采樣處理周期都各有差異，同時(shí)其在使用一段時(shí)間后也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示零位漂移；最后溫控表顯示的數(shù)據(jù)都只能通過設(shè)備人員或者班組人員定期抄寫記錄，然后錄入電腦生成曲線：一方面人為抄寫數(shù)據(jù)存在主觀性，另一方面因?yàn)槭嵌ㄆ谟涗洈?shù)據(jù)，期間必定會(huì)存在數(shù)據(jù)盲區(qū)，使得對(duì)設(shè)備和工藝等方面的數(shù)據(jù)監(jiān)控不能有效反應(yīng)設(shè)備的真實(shí)情況，因此其數(shù)據(jù)監(jiān)控的價(jià)值也大打折扣，形同虛設(shè)。

而本文設(shè)計(jì)的基于PLC的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，首先是通過集成的數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)WINCC6.2組態(tài)軟件代替原來各點(diǎn)分散的溫控表，使得現(xiàn)場(chǎng)布線、安裝變得十分簡(jiǎn)易，系統(tǒng)搭建起來后目前為止未出現(xiàn)電氣故障；同時(shí)因?yàn)槭峭ㄟ^PLC嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蚓帉憗硖幚韺?shí)時(shí)PT100采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)零漂等異常現(xiàn)象；最關(guān)鍵的是通過WINCC6.2這個(gè)功能強(qiáng)大的上位機(jī)組態(tài)軟件，能把PLC采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連續(xù)準(zhǔn)確地顯示在人機(jī)界面上，并對(duì)應(yīng)生成實(shí)時(shí)的趨勢(shì)曲線圖，此趨勢(shì)曲線還可以多區(qū)域疊加對(duì)比，也能根據(jù)設(shè)備和工藝的要求實(shí)時(shí)調(diào)整采樣周期，同時(shí)WINCC還能設(shè)置各區(qū)溫控點(diǎn)溫度上下限報(bào)警功能，真正的24小時(shí)無間斷的監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況，既減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也使得設(shè)備人員對(duì)設(shè)備的維護(hù)管理更加得心應(yīng)手。

結(jié)語

通過此基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)我將會(huì)把它推廣應(yīng)用到整體生產(chǎn)線的其他設(shè)備（如各區(qū)域電機(jī)的電流、扭矩和轉(zhuǎn)速參數(shù)等）運(yùn)行監(jiān)控上，為設(shè)備維護(hù)人員提供一個(gè)強(qiáng)大的整線監(jiān)控系統(tǒng)，使他們實(shí)現(xiàn)對(duì)整線設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)快速、及時(shí)、準(zhǔn)確到位的目標(biāo)。

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