基于PLC的温度检测与控制

赵 悦，王 欣，詹海强

(成都大学 工业制造学院，四川 成都 610106)

0 引 言

可编程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等优点，是目前广泛应用的控制装置之一.PLC 对温度的检测也具有十分良好的性能，利用其对数字的精确转换功能，即可得到较高精度的温度值.

本设计是基于PLC 控制的一种温度检测和控制系统，其利用外扩的温度检测模块对采集的模拟量数据进行转换及处理，并利用文本显示器TD400C 显示设定温度与实时温度，再经PLC 控制加热装置.

1 工作原理

本系统采用西门子S7－200 CPU226，集成24 路数字输入/16 路数字输出，共计40 个I/O 点.由于系统没有模拟量输入和输出单元，因此，扩展EM231 用于热电偶/热电阻检测和冷端补偿，扩展TD400C 文本显示器用于温度显示、报警和键盘控制，扩展EM232 用于模拟量输出.电流信号可以通过控制调压器来控制电源的开度，从而控制电源的输出功率.加热器根据电源输出功率调节加热时间，从而达到温度控制的作用.系统的工作原理如图1 所示.

2 系统硬件设计

本系统硬件主要是由CPU226 芯片、温度采集和转换模块EM231、温度显示模块TD400C 以及模拟量输出模块EM232 等构成.

图1 基于PLC 的温度检测和控制系统图

2.1 温度采集和转换模块EM231

EM231 热电偶测量模块是一种用于无源输入信号A/D 转换的模块.它可以将外部输入的4 通道热电偶测量输入A/D 转换为16 位带符号数据.EM231 热电偶测量模块能检测的电压值范围为，－80 ～+80 mV，而它对应的转换范围为，－27 648 ～+27 648.EM231 热电偶测量模块的转换时间为405 ms 左右，输入电源为DC 20.4 ～28.8 V，有8 个设定开关，前3 个用于选择不同类型的热电偶.

将EM231 上的设定开关拨到所选择热电偶对应的值上(此处以K 型热电偶为例，选择开关拨到001)，SW1/2/3 输入选择设定如下:①000，J 型热电偶(出场默认);②001，K 型热电偶;③010，T 型热电偶;④011，E 型热电偶;⑤100，R 型热电偶;⑥101，S型热电偶;⑦110，N 型热电偶;⑧111，±80 mV 电压输入.

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它可直接测量温度，并把温度信号转换成电压信号.因电压信号十分微弱，不能直接被电压表之类的器件所准确感知，因而需将测得的电压信号通过EM231的4 输入通道中的1 个输入到EM231 中，完成温度的采集工作.

热电偶采集到的电压信号输入到EM231 热电偶测量模块后，由EM231 将采集到的模拟电压信号转换成数字信号，并以一定的比例输出到PLC 系统中进行下一步处理.具体转换比例为，

其中，x 为热电偶采集到的电压信号，y 为x 经EM231 转换后输入到PLC 中的数据.查询《传感器与检测技术实验台—用户手册》中关于K 型热电偶的资料，得到了K 型热电偶分度表.经线性拟合得到如图2 所示数据.

图2 K 型热电偶分度表

2.2 温度显示模块

TD400C 为S7－200 PLC 专用的新一代文本显示器，能够支持所有TD 200 的功能.TD400C 具有极高的性价比.TD400C 具有以下几个性能特点:创新的定制化解决方案，用户可以自定义面板的背景颜色，图标及按键功能;新一代显示屏，完美支持S7－200PLC;更强大的功能与更高的可靠性.

PLC 接收到EM231 传送的数据后进行转换，最终将温度值显示在TD400C 文本显示器上.

TD400C 文本显示器的正确配置是温度显示的关键，配置的参数直接影响到程序的编写.

3 系统软件设计

图3 是程序设计流程图.

图3 程序设计流程示意图

在程序的编写过程中，必须注意不同类型数据的转换，以提高最终温度转换的精确度.同时还应注意TD 配置中插入的数据地址必须与送入的数据地址相对应，否则数据显示将不正确.

具体的软件设计代码如下:

4 结 语

运用EM231、TD400C 能够实现对温度的实时检测与显示，同时EM231 具有多路采集数据并处理数据的能力.这也意味着本系统能将外界采集的多路温度信号同时输入到EM231 中进行转换与显示.本系统可以用于各种温度的实时监控领域，并且能够满足较高精度的测量.随着PLC 的功能越来越强大以及处理速度越来越快，利用微小型PLC 系统构成的温度采集处理与显示系统将具有更高精度和实时性，且维护简单，是一种切实可行的温度检测方案.

［1］张志田，柳青.PLC 在温度检测与控制系统中的应用［J］.湖南工业职业技术学院学报，2002，2(1):17－19.

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