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1  引言

温度是工业上常见的被控参数之一，温度控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等，而恒温控制在生产当中占有很大的比重，很多的生产当中均需要保持一定的温度范围，因此研究恒温控制具有普遍意义[1]。本文采用plc在恒温箱装置中的应用进行设计，利用传感器对水箱中的温度进行检测，通过热电阻检测出水箱内的温度，再用温度传感器把温度变成电压信号，在经过转换电路把得到的模拟信号送入控制器，通过比较采集的信号与plc中的设定值来控制温度的。此系统充分利用了现代先进的科学技术，改善了工作条件，提高了劳动生产率，减轻了工作人员的劳动强度，不但克服了人为的不稳定因素，而且吸收人为调节的优点[2]。本文以plc恒温水箱控制为例，对温度控制系统进行初步探讨。

  图1 系统原理框图

2  工作原理介绍

本控制系统采用fx2n-64mr plc，以可编程控制器为核心，组成一个集温度的采集、处理、显示、自动控制为一身的闭环控制系统。水箱中的液位值，其模拟量转换为开关量进行控制，温度控制通过热电阻及热电阻模块再进行pid调节，得到偏差来控制加热装置的功效。用一个加热装置进行加热时，选定热电阻作为温度传感器，通过plc的模拟量扩展模块热电阻对采集到温度数据，模块本身将线性化处理，冷端补偿，不需要任何外部的变送器或外部电路，就能完成全部数据采集及数据处理功能。由pid运算之后，得到一个差值来对晶闸管的功率进行调节。利用led显示管显示采集到的温度值，为了方便对各种水箱中水温进行控制，可以把通过一个拨码盘输入数据给plc，对给定的温度值进行修改[3] 。系统原理如图1所示。

3  系统硬件设计

首先利用传感器对容器的液位﹑温度进行检测，经过plc逻辑运算处理后对相应的执行器进行控制。主要包括温度控制电路设计、温度采集电路等。

3.1温度采集电路

在温度采集和控制系统中，温度传感器采集到的温度信号大都是微弱的模拟电信号，要经过一系列的转换，包括放大、模/数转换、冷端补偿、线性化处理、数字滤波等，才变成了计算机能够接收和处理的有效的数字信号。在plc温度控制系统中，温度传感器采集到的微弱毫伏电信号不能直接送给plc的a/d转换模块，必须由外部温度变送器将温度信号进行放大、冷端补偿、线性化处理，再送到a/d转换模块的输入通道，转换为规范的数字信号供 plc处理。在fx系列plc中具有热电阻模块fx2n-4ad-pt，能自动进行线性化处理，有冷端补偿功能[4]。

图2 温度采集器

3.2温度控制电路设计

本设计中的触发电路的控制触发电路如图3所示，双向晶闸管过零触发采用带过零触发的光电隔离集成芯片moc3061。moc3061芯片的输出端用4、6管脚，一般采用6脚接外部电源相线，4脚接零线的方式，这样可以通过内部过零检测电路，保证电压过零时发出触发脉冲触发外部双向晶闸管。与传统触发电路结构相比不需同步电源变压器、脉冲变压器、触发器的工作电源运行十分可靠，性能价格比高。

  图3 温度控制触发电路

4  pid控制程序设计

本文采用基于pid过程控制模块的控制方法，利用fx2n-2nlc的自调节功能，自动调节各相关参数。pid回路有2个输入量即sp(给定值)和pv (过程变量)。sp通常是固定值，pv则要经过扩展模块经a/d转换后得到。sp与pv是实际值，由于plc考虑到系统的通用性，对不同系统的数字大小、范围与工程单位的区别，故在pid运算之前要将他们转换成标准化浮点数，即转换为0.0～0.1之间的标准化实数，这可通过指令运算来完成。与之相对应回路的输出，要将运算后的标准化实数(0.0～0.1之间)转换成16 b的二进制数，再通过d/a转换输出[5]。

系统的主程序功能图如图4所示。在这个主程序的功能图中，关键是进行并行分支的合并处理，在一些并行分支合并时，由于各分支不一定同时结束，所以设计一些等待状态是必须而又合理的。对等待状态的复位处理要使用复位指令。并行分支合并后转移到新的状态可以有转移条件。

  图4 程序功能图

5  结论

本文设计的是plc在恒温中的应用，利用传感器对容器的液位﹑温度进行检测，经过plc逻辑运算处理后对相应的执行器进行控制，本设计只完成了一些基本的功能，还有更高的控制功能。比如，人机界面（got）、可编程控制器与上位机的通信等。因此，未来温度控制系统为符合需要，其科技程度将高度自动化和智能化，具备很强的通信能力。

 1  引言

   水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点[1]。在水资源日益匮乏的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。传统的水塔水位控制为粗放式的，基本没有对水泵的合理控制，且多为人力控制工作强度大、危险。所以除了浪费电能外，还造成了人员的浪费。采用新型的plc控制供水方式与过去旧的控制方式相比在运行的经济性、可靠性、稳定性等方面有显著优势，特别是在提倡低碳的情况下有很好的节能效果，且由于plc强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展需要。

   2  水塔水位控制原理

   水塔水位控制的原理图如图1所示。

   其中，水塔和蓄水池的传感器将表示液位的模拟量信号输入plc中，再由plc对数据进行分析、处理后进行相应的输出控制，输出控制为对水泵、电磁阀和报的控制。

                            图1 水塔水位控制原理图

   3  控制系统的控制要求

   本设计水池和水塔分别各自采用一个液位传感器，以为量取其各自的高低水位。它们传输的数据传往plc（可编程逻辑控制器），然后经由plc进行数据处理、比较，后输出控制水泵和电磁阀。

   系统通过plc启动后，当水池液位低于水池传感器下限液位时，电磁阀打开，开始往水池里注水，当5s以后，若水池液位没有超过水池传感器下限液位时，则系统发出警报。报警形式为光报警，表现为红色指示灯每隔0.5s闪烁一次。待水位开始上升并被相应的液位传感器检测到时自动熄灭。若系统正常，此时水池传感器下限液位向plc输入一个固定值现在水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位时，电磁阀关闭停止向水池注水。

   当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔传感器下限水位检测不到有水，水泵开始工作，向水塔供水，当10s以后，若水塔液位没有超过水塔传感器下限液位时，则系统发出警报。报警形式为光报警，表现同样为红色指示灯每隔0.5s闪烁一次。当水塔传感器下限检测到有水时，表示水塔水位高于水塔下限水位，此时水泵继续向水塔注水。当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔传感器上限水位检测到有水，水泵停止抽水。

   当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也第一下限水位时，水泵不能启动。

                                      图2 系统流程图

   4  系统的plc设计

   4.1系统的输入输出分配

   确定plc所需要的各类继电器，对其输入和输出进行分配与编号。本设计共使用了2个输入和8个输出，控制中还包括水泵的星型-三角形启动方式。

   4.2系统工作流程图

   图2为系统工作的流程图。

   4.3系统程序

   在程序编写过程中，设两个液位传感器均为输出4-20ma标准流信号，且范围相同。考虑到蓄水池水位应高于水塔水位这样才可以将水塔注满水，所以设蓄水池的高液位限制对应的电流为18.75ma（相应plc内部数字量为30000），水塔的高液位限制对应的电流为17.5ma(相应plc内部数字量为28000)。两个传感器的低液位限制相同都为4ma（相应plc内部数字量为6400）。具体程序如下：

ld     i0.0

o      m0.1

movw   aiw0, vw0

aeno

aw=    vw0, 6400

ton    t37, 50

=      m0.1

ld     t37

aw=    vw0, vw0

a      sm0.5

=      m0.2

ld     m0.1

eu

s      q0.0, 1

ld     q0.0

=      q0.2

ld     m0.2

=      q0.1

ldw=   vw0, 28000

r      q0.0, 1

ldn    q0.0

movw   aiw2, vw2

aeno

aw=    vw0, 28000

aw=    vw2, 6400

ton    t38, 100

ld     t38

aw=    vw2, vw2

a      sm0.5

=      m0.3

ld     m0.3

=      q0.3

ldw=   vw0, 28000

aw=    vw2, 6400

s      q0.4, 1

ld     q0.4

o      q0.5

an     i0.1

an     t39

an     q0.6

=      q0.5

ton    t39, 50

ld     t39

o      q0.6

an     q0.5

=      q0.6

a      q0.4

=      q0.7

ldw=   vw2, 30000

r      q0.4, 1

   4.4系统的模拟仿真

   程序编写完成后，将其导入plc模拟仿真中（见图3）。考虑到本文所用输入输出个数和现实需要，所以选择西门子s7-200系列的cpu224模块加扩展模块em231。设置em231模块的模拟量输入来代替两个液位传感器的传输的模拟量。

   通过观察模拟仿真中各个输入输出状态，可验证程序编写的正确性，其满足系统的控制要求。