PLC在热处理电阻炉温度控制系统设计中的应用..doc

新疆工业高等专科职业技术学院 毕 业 设 计（论 文） 2012 级 机电一体化 专业 题 目：ＰＬＣ在热处理电阻炉温度控制系统中的应用 毕业时间： 二〇一四年六月 学生姓名： 李婕 指导教师： 何涛 班 级： 12机电一体化 2013年 12月20日 PLC在热处理电阻炉温度控制系统设计中的应用 摘要:热处理电阻炉的温度控制系统对零件的热处理质量有着重要影响。本文主要讨论了以可编程控制器(PLC)为核心的箱式热处理炉温度控制系统的设计。在提出炉温控制方案的基础上,对炉温控制系统进行了硬件设计和温度控制程序的设计。本文以45钢零件进行等温球化退火热处理工艺为例,介绍炉温控制系统的具体应用。 关键词:热处理;电阻炉;温度控制;可编程控制器(PLC). 一、关键技术与解决方案 箱式热处理电阻炉是金属热处理中应用最为广泛的一种周期式作业炉,其测温控温系统对于保证工件的热处理质量具有重要作用。传统箱式热处理电炉存在主要问题之一是炉温均匀度差,控温精度低,从而造成产品质量问题。控温方式采用位式调节的箱式热处理炉,在教学实验、科学研究和零件热处理中有着广泛的应用,但由于其控温系统相对落后,常常导致温度控制不准确而造成实验数据的不准确或产品缺陷。因此,针对位式调节的箱式热处理炉的温度控制系统进行改造设计,对于提高温控精度、保证产品质量具有十分重要的意义。 （一）、温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用K型（镍铬－镍硅）热电偶。其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。 图1 温度检测电路 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 （二）、控制电路部分 图3 炉温控制系统工作流程 1.选择K型热电偶,其测量温度范围为-200~+1200℃,在工业上应用最多,适应氧化性气氛,线性度好,可以充分保证测量精度。 2.为了保证测量结果能充分反映炉内的实际情况,采用适当的测量点数量和位置。 3.为了节省昂贵的热电极金属以及避免热电偶冷端受炉体热辐射等的影响,在热电偶和测温仪表之间用补偿导线连接。 （三）炉温调节方式 温度自动控制方式有位式调节、准连续式调节和连续式调节三种,其中连续调节方式技术最先进。为了获得精确的炉温调节质量,采用以比例积分微分调节器(简称PID调节器)组成的PID自动控制系统。在热处理中使用带PID调节器的温度指示记录调节仪和与之配套的执行器,可以达到连续调节炉温的目的。这种广泛应用的连续式调节器是具有比例、积分、微分调节规律的PID调节器,其输出信号是按与输入信号成比例(P)、积分(I)、微分(D)的运算规律而动作的,这三种调节规律的作用是:比例调节可产生强大的稳定作用;积分调节可消除静差;微分调节可加速过滤过程,克服因积分作用而引起的滞后,减小超调。只要将这三种规律调节适当,就能获得动作快而又稳定的调节过程,并能保持较高的炉温调节精度。 二、热处理炉温度控制系统硬件设计 （一）、炉温控制系统核心硬件 热电偶 炉温控制系统核心硬件采用可编程控制器(PLC)。PLC具有功能强、使用方便、可靠性高等优点,在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成, PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。 在整个炉温控制过程中,由热电偶采集炉温,其输出形式是模拟量,而PLC处理的是数字量,因此需要一个特殊功能模块实现将采集到的模拟信号转换成与温度成比例的数字量。当PLC进行PID控制时向执行器输出运算结果,也就是控制量,而这个控制量是数字量,执行器所要求的信号是模拟量,所以还需要一个特殊功能模块将PLC输出的数字量转换为模拟量输入到执行器,进而对炉温进行控制。因此,箱式热处理炉温度控制方案为:利用热电偶检测炉温; PLC的特殊功能模块1将热电偶采集到的温度模拟量转化为数字量送PLC的CPU与设定值对比; PLC进行PID运算得出控制量; PLC的特殊功能模块2将控制量由数字量转化为模拟量送加热器,从而实现对炉温的控制。 （二）、确定控制系统输