基于PLC的加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于PLC的加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要變壓器和電動(dòng)機(jī)是最多使用的電氣設(shè)備。在其生產(chǎn)和維修過(guò)程中，先要進(jìn)行線圈的繞制，然后浸漆，為保證電機(jī)或變壓器線圈的絕緣強(qiáng)度，需要用加熱爐對(duì)其線圈浸漆后進(jìn)行干燥。這就要求加熱爐的溫度必須保持在預(yù)先設(shè)定的溫度值。該控制系統(tǒng)屬于簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)合本課題的自身?xiàng)l件及工藝要求，本設(shè)計(jì)要求用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)加熱爐自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)。PLC具有故障率低、可靠性高、易于維護(hù)及操作、投資成本少等等一些優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹了可編程序控制器的原理和特點(diǎn)，由PLC、繼電器、數(shù)字溫控儀等電氣元器件組成的電路圖的設(shè)計(jì)過(guò)程，以及主要電氣元件的型號(hào)選擇，最后用梯形圖設(shè)計(jì)程序，最終達(dá)到加熱爐的自動(dòng)溫度控制要求。設(shè)計(jì)中系統(tǒng)能保持溫度在設(shè)定點(diǎn)±2℃內(nèi)變化，加熱時(shí)間為10小時(shí)，主加熱器的功率為15KW，輔助加熱器的功率為10KW，爐內(nèi)風(fēng)機(jī)功率為2KW?？刂七^(guò)程要求系統(tǒng)啟動(dòng)后為主、輔加熱器加熱，同時(shí)爐內(nèi)風(fēng)機(jī)及控制電路風(fēng)機(jī)工作，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定溫度的下限時(shí)，輔加熱器工作，主加熱器停止工作。很好地保證了工作的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵詞：可編程序控制器(PLC)；加熱爐；溫控儀；溫度控制

AbstractIntheelectricalsystem,transformersandmotorsarethemostusefulequipments.Whenwemanufactureandmaintaintransformersandmotors,wemustwrapthecoils,andpaintthem.Thecoilsofthetransformersandmotorsneedtobedriedafterpaintinginordertoensuretheinsulation.Sothetemperatureofheatingfurnacekeepsthesetvalue.Thiscontrolsystemisasimpleautomaticcontrol.Giventhetopicandtheneedofthisprocess,wedesigntemperatureautocontrolsystemofheatingfurnacewithPLC.Ithastheseadvantages:lessmalfunction,higherreliability,easiermaintainingandoperation,lessinvestment.Inthisarticle,wemainlyintroducetheprincipleandfeatureofPLC,andtheprocessofelectroniccircuitwhichismadeupPLC,relay,temperaturecontrollerandothers.Weselectthetypeofmainelectricelement.Finally,wedesigntheprogramwithtrapeziumdrawing,inordertoreachthetemperatureautocontrolofheatingfurnace.Thissystemkeepsthecontrollingtemperatureupperorlowerthesetvalue2℃,andtheheatingtimeis10hours.Thepowerofmainheateris15kw,thepowerofheaterassistis10kw,andthepoweroffaninfurnaceis2kw.Theprocessofcontrollingneedtoheatingformainandheaterassistafterbeginning.Atthesametime,thecontrolchestandfaninfurnacebegintoworklowersetvalue,theheaterassistworking,andthemainstabilityandqualityall-right.Keywords:ProgrammableLogicController(PLC);Furnace;Temperaturecontroller;Temperaturecontrol目錄第1章引言 1第2章PLC的基本概念和工作原理 22.1PLC概述 22.2PLC的工作原理 3第3章電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的工作原理 53.1主電路的設(shè)計(jì) 53.1.1主電路組成和系統(tǒng)介紹 53.1.2電器元件的選取和相關(guān)計(jì)算 73.2控制電路的設(shè)計(jì) 83.2.1控制電路的介紹 83.2.2工作過(guò)程及要求 133.3軟件設(shè)計(jì) 14第4章結(jié)論 15參考文獻(xiàn) 16致謝 17附錄 18第1章引言溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)。溫度控制則是使被控對(duì)象的溫度達(dá)到并保持在設(shè)定的目標(biāo)范圍之內(nèi)。溫度控制的被控對(duì)象是特定的物體或環(huán)境，被控量是溫度值。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中,溫度控制占有著極為重要的地位，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度控制系統(tǒng)的工藝過(guò)程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。組成最基本的溫度控制系統(tǒng)一般包括四部分：溫度傳感器、能夠升溫或者降溫的執(zhí)行器、進(jìn)行判斷分析的控制器和被控對(duì)象。如圖1–1所示：設(shè)定值＋－控制器設(shè)定值＋－控制器執(zhí)行器被控對(duì)象輸出值溫度傳感器實(shí)際的溫度值負(fù)反饋電動(dòng)機(jī)和變壓器是工廠企業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)使用最多的電氣設(shè)備，經(jīng)常因?yàn)椴僮鞑划?dāng)，或者年久失修，而造成損壞，所以對(duì)于這些設(shè)備的檢修成為了一項(xiàng)重要的任務(wù)。在電動(dòng)機(jī)和變壓器的生產(chǎn)和檢修的過(guò)程中，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)和變壓器的線圈進(jìn)行繞制，然后將線圈浸漆，最后利用加熱爐對(duì)浸漆后的線圈進(jìn)行烘干處理。因此，加熱爐的溫度控制成為了線圈質(zhì)量的好壞的關(guān)鍵，也間接影響了電動(dòng)機(jī)和變壓器的質(zhì)量?？删幊炭刂破?ProgrammableController)簡(jiǎn)寫成PLC，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)?？删幊炭刂破骶哂兄T多優(yōu)點(diǎn)：（1）PLC有較高的可靠性和診斷能力，維修容易；（2）PLC還具有編程方便、易于使用、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)；（3）PLC控制功能極強(qiáng)，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能；（4）PLC的擴(kuò)展以及與外部聯(lián)接極為方便，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。PLC本身優(yōu)異的性能使基于PLC控制的溫度控制系統(tǒng)變的經(jīng)濟(jì)高效穩(wěn)定且維護(hù)方便。本論文即是要求設(shè)計(jì)利用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)加熱爐自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，以保證加熱爐工作的穩(wěn)定性以及電動(dòng)機(jī)和變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量。第2章PLC的基本概念和工作原理2.1PLC概述PLC的興起是與美國(guó)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展的要求密不可分的。在1968年，當(dāng)時(shí)的通用汽車公司為解決工廠生產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，繼電器順序控制系統(tǒng)的電路修改耗時(shí)，平時(shí)檢修與維護(hù)不易等問(wèn)題而征集更替方案。在PLC出現(xiàn)之前，汽車制造業(yè)中的一般控制、順序控制以及安全互鎖邏輯控制必須完全依靠眾多的繼電器、定時(shí)器以及專門的閉回路控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。它們的體積龐大、有著嚴(yán)重的噪音，不但每年的維護(hù)工作要耗費(fèi)大量的人力物力，而且繼電器–接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對(duì)維護(hù)人員的熟練度也有著很高的要求。針對(duì)這些問(wèn)題，美國(guó)通用汽車公司要求設(shè)計(jì)一種新的系統(tǒng)來(lái)替換繼電器系統(tǒng)，并提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)，即：（1）編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；（2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制裝置；（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；（6）成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；（7）輸入可以是交流115V；（8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；（9）在擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)只要很小的變更；（10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。隨后美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)這一設(shè)想，于1969年成功研制了第一臺(tái)PDP-14控制器，并在汽車自動(dòng)裝配線上使用并獲得成功。由于當(dāng)時(shí)系統(tǒng)主要用于順序控制、職能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以被命名為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。 最早期的PLC只有簡(jiǎn)易的邏輯開(kāi)關(guān)功能，但是比起傳統(tǒng)繼電器的控制方式，以具有容易修改、安裝、診斷和不占用空間等優(yōu)點(diǎn)。1970年代初期，PLC引進(jìn)微處理機(jī)技術(shù)，使得PLC具有算術(shù)運(yùn)算功能與多元的數(shù)位喜好輸出輸入功能，并且能直接以階梯圖符號(hào)進(jìn)行程式編寫。這項(xiàng)新技術(shù)的使用在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反響。1970年代中期，PLC功能加入遠(yuǎn)距通訊、類比輸出輸入、NC伺服控制等技術(shù)。1980年代以后更引進(jìn)PLC高速通訊網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)加入一些特殊輸出輸入界面、人機(jī)界面、高功能函數(shù)指令、資料收集與分析能力等功能。 PLC的功能早已不止當(dāng)初數(shù)位邏輯的運(yùn)算功能，因此近年來(lái)PLC常以可編程控制器（ProgrammableController）簡(jiǎn)稱之。 1985年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在PLC的標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對(duì)PLC作出了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?本論文將以金鐘·穆勒公司生產(chǎn)的“Easy”500系列為基礎(chǔ)。2.2PLC的工作原理PLC通電后,需要對(duì)硬件和軟件作一些初始化的工作.為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)(見(jiàn)圖2–1)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。（1）讀取輸入在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過(guò)程映像寄存器。CPU以字節(jié)（8位）為單位來(lái)讀寫輸入/輸出過(guò)程映像寄存器。在讀取輸入階段，PLC把所有外部數(shù)字量輸入電路的1/0狀態(tài)（或稱ON/OFF）讀入輸入過(guò)程映像寄存器。外接的輸入電路閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入過(guò)程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。外接的輸入電路斷開(kāi)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入過(guò)程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通（2）執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按順序排列。在RUN工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時(shí)，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只讀的輸入過(guò)程映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過(guò)程映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時(shí)，對(duì)輸入/輸出的存取通常是通過(guò)映像寄存器，而不是實(shí)際的I/O點(diǎn)，這樣做有以下好處：①程序執(zhí)行階段的輸入值是固定的，程序執(zhí)行完后再用輸出過(guò)程映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。②用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點(diǎn)快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。（3）通信處理在通信請(qǐng)求處理階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請(qǐng)求方。（4）CPU自診斷測(cè)試自診斷測(cè)試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。（5）改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過(guò)程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來(lái)。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像寄存器為1狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像寄存器中存放的二進(jìn)制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。當(dāng)CPU的工作模式從RUN變?yōu)镾TOP時(shí)，數(shù)字量輸出被置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，默認(rèn)的設(shè)置是將數(shù)字量輸出清零。圖2–1掃描過(guò)程第3章電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的工作原理整個(gè)系統(tǒng)由主電路和控制電路兩部分組成，此系統(tǒng)的電氣原理圖在附錄中。3.1主電路的設(shè)計(jì)3.1.1主電路組成和系統(tǒng)介紹（1）主電路設(shè)備①風(fēng)機(jī)部分②主加熱器部分③輔助加熱器部分主電路控制元件主要包括：交流繼電器、熔斷器、低壓斷路器、固態(tài)繼電器和熱繼電器等電氣元器件。（2）系統(tǒng)介紹①我們這里使用的是管狀加熱鼓風(fēng)干燥箱，型號(hào)：DF–302,規(guī)格：,溫度范圍：50℃～250℃，溫度調(diào)節(jié)精度2℃。加熱功率20KW，報(bào)警溫度200主電路由三部分組成：爐內(nèi)風(fēng)機(jī)、主加熱器、輔助加熱器。爐內(nèi)風(fēng)機(jī)為三相交流電動(dòng)機(jī)，其功率為2KW。主加熱器、輔助加熱器都為三相電阻絲加熱，其功率分別為15KW、10KW。②交流接觸器代號(hào)為圖中KM1–KM3.接觸器是一種用來(lái)自動(dòng)接通或斷開(kāi)大電流電路的電器，在大多數(shù)情況下，其控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可是其他電力負(fù)載，如電熱器、電焊機(jī)等。分為直流接觸器和交流接觸器。在此可設(shè)計(jì)中我們采用的是交流接觸器，交流接觸器主要有接觸點(diǎn)系統(tǒng)、電磁機(jī)構(gòu)和滅弧裝置等組成。1）觸點(diǎn)系統(tǒng)：觸點(diǎn)是接觸器的執(zhí)行元件，用來(lái)接通或斷開(kāi)電路。它包括主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)用來(lái)通斷主電路，輔助觸點(diǎn)用來(lái)通斷控制回路。2）電磁機(jī)構(gòu)：作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，操縱觸點(diǎn)的閉合或斷開(kāi)。交流接觸器一般采用銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式電磁機(jī)構(gòu)和銜鐵作直線運(yùn)動(dòng)的電磁機(jī)構(gòu)。3）滅弧裝置：交流接觸器在分?jǐn)啻箅娏麟娐窌r(shí)，往往會(huì)在動(dòng)、靜觸點(diǎn)之間產(chǎn)生很強(qiáng)的電弧。電弧一方面會(huì)使電路切斷時(shí)間延長(zhǎng)，另一方面又會(huì)燒毀觸點(diǎn)損壞裝置，產(chǎn)生事故造成損失，因此，滅弧是接觸器工作時(shí)主要任務(wù)之一。4）其他部分：交流接觸器的其他部分包括底座、反力彈簧、緩沖彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和接線柱等。（3）熔斷器代號(hào)為圖中的FU1–FU4。熔斷器是一種廣泛應(yīng)用的最簡(jiǎn)單的保護(hù)電器之一。其主體是低熔點(diǎn)金屬絲或金屬薄片制成的熔體，串聯(lián)在被保護(hù)的線路中。在正常的情況下，熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線，當(dāng)電路發(fā)生短路或過(guò)載時(shí)，線路中的電流很大，熔體因過(guò)熱而熔化從而切斷電路，從而起到保護(hù)的作用。其主要由熔體和絕緣底座等組成。（4）低壓斷路器代號(hào)為圖中的QF1–QF4。低壓斷路器又稱為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)或自動(dòng)空氣斷路器，主要用于低壓動(dòng)力線路中。它相當(dāng)于刀閘開(kāi)關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合，是一種自動(dòng)切斷電路故障的保護(hù)電器。低壓斷路器主要由觸點(diǎn)系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)元件三部分組成。（5）固態(tài)繼電器代號(hào)為圖中的SSR。固態(tài)繼電器是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷的電子開(kāi)關(guān)，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱固態(tài)繼電器。又因其“斷開(kāi)”和“閉合”均無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花，因而又稱其為“無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)”。由于它是由固體元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，所以與電磁繼電器相比，具有體積小、重量輕、工作可靠、壽命長(zhǎng)、對(duì)外界干擾小、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強(qiáng)、開(kāi)關(guān)速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。比較適用于相對(duì)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和要求工作可靠性高的場(chǎng)合。（6）熱繼電器代號(hào)為圖中的FR。熱繼電器是一種具有反時(shí)限（延時(shí)）過(guò)載保護(hù)特性的電流繼電器，廣泛用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，也可以用于其它的電氣設(shè)備過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，如果長(zhǎng)期過(guò)載、頻繁啟動(dòng)、欠壓運(yùn)行或斷相運(yùn)行都可能使電動(dòng)機(jī)的電流超過(guò)額定值。如果超過(guò)的額定值的量不大，熔斷器在這種情況下不會(huì)熔斷，這樣將會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，損壞繞組的絕緣，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)有可能燒壞電動(dòng)機(jī)。因此常用熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)及斷相保護(hù)。3.1.2電器元件的選取和相關(guān)計(jì)算在該系統(tǒng)中電路的電流是就定器件型號(hào)的就定因素，因此，電流計(jì)算就成了選取起見(jiàn)的關(guān)鍵。主要計(jì)算公式：P=1.732UIcosΦ（3–1）U=380V，P1=2KW，P2=15KW，P3=10KW，cosΦ=1通風(fēng)機(jī)支路：I1=P1/(1.732UcosΦ)=3.04A （3–2）主加熱器支路：I2=P2/(1.732UcosΦ)=22.79A （3–3）輔加熱器支路：I3=P3/(1.732UcosΦ)=15.19A （3–4）干路總電流：I=I1+I2+I3=41.02A （3–5）根據(jù)以上電路的計(jì)算對(duì)電線的選擇如下：控制電路的內(nèi)部電線用明縛溫度在30℃以下用BX導(dǎo)線截面積為2.5。主電路用導(dǎo)線穿鋼管溫度在30℃以下用BX導(dǎo)線MT管：路內(nèi)風(fēng)機(jī)導(dǎo)線截面積為2.5、管徑為20。主加熱器導(dǎo)線截面積為4、管徑為25。輔助加熱器導(dǎo)線截面積為2.5、管徑為20。（1）接觸器（KM1–KM3）KM1：CJ20-40KM2:CJ20-25KM3：CJ20-10（2）熔斷器（FU1–FU4）FU1:RM10-60/45FU2:RM10-60/35FU3:RM10-15/6（3）低壓斷路器（QF1–QF4）QF1–QF4：DZ20Y–100（4）固態(tài)繼電器（SSR）GTJ6–38025–ZL（5）熱繼電器（FR）JR20–103.2控制電路的設(shè)計(jì)控制電路由數(shù)字溫度控制儀、PLC、熱電偶、中間繼電器、指示燈和控制風(fēng)箱等組成。3.2.1控制電路的介紹（1）PLC將采用金鐘·穆勒公司生產(chǎn)的“Easy”500系列，其相關(guān)知識(shí)的介紹及使用已在前面有所介紹，在此不將重復(fù)說(shuō)明。PLC在本系統(tǒng)中是最核心的電器元件，所以單獨(dú)成為一章。（2）數(shù)字溫度控制儀在此系統(tǒng)中，我們使用了富士牌數(shù)字式溫度控制儀表。①接線須知為了對(duì)控制儀的安全操作，溫度探頭安裝在環(huán)境電壓超過(guò)50V的直流電壓的地方，必須的強(qiáng)絕緣和基本絕緣與溫控儀的連接點(diǎn)必須接地。當(dāng)終端設(shè)備接電源時(shí)，用絕緣能力高于600V的絕緣頭。切斷主設(shè)備兩極點(diǎn)的開(kāi)關(guān)和250V，1MP的熔斷器按在一起，熔斷器應(yīng)在主開(kāi)關(guān)和控制儀之間。安裝系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮接線應(yīng)符合絕緣要求。②溫控儀表的絕緣標(biāo)準(zhǔn)主輸入、主輸出為基本絕緣；relay輸出––輸入為基本絕緣；SSR輸出––輸入為無(wú)絕緣要求。③操作條件溫度：–10℃～50℃；濕度：90％RH或低于90％；安裝類別：；污染級(jí)別：2④電源1）保證使用相關(guān)電壓的電源保護(hù)設(shè)備以免損壞，禁止錯(cuò)誤電流；2）全部接線完成給電，以免電流振動(dòng)和系統(tǒng)麻煩；3）對(duì)于PXW4，在運(yùn)行時(shí)候，不允許從機(jī)殼拉出插頭或插入插頭。⑤控制儀的要求1）優(yōu)先控制，核查警告作用，因?yàn)樘厥獾脑O(shè)定錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致特殊的輸出錯(cuò)誤；2）輸入暫停將會(huì)顯示UUUU或LLLL，換傳感器要關(guān)掉電源。（3）熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中溫度是測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測(cè)量過(guò)程中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。制造方便、測(cè)量的范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號(hào)便于采集等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，猶豫熱電偶是一種有源傳感器，測(cè)量時(shí)不需要外加電源，使用十分方便，所以常被用以測(cè)量加熱爐、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體表面得溫度。①熱電效應(yīng)將兩種不同物質(zhì)的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)閉合回路的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同的溫度場(chǎng)合時(shí)，回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電”。這兩種導(dǎo)體稱“熱電極”，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)則稱為“熱電動(dòng)勢(shì)”。從而，根據(jù)“熱電效益的原理”，產(chǎn)生了熱電偶。②接觸電動(dòng)勢(shì)所有金屬中都有大量自由電子，而不同的金屬材料其自由電子密度不同，當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，在接觸面上因自由電子密度不同而發(fā)生電子擴(kuò)散，電子擴(kuò)散速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)，并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體和的自由電子密度分別為和，且有，則在接觸面上由擴(kuò)散到的電子將必然比由擴(kuò)散到的電子數(shù)多。因此，導(dǎo)體失去電子而帶正電荷，導(dǎo)體因獲得電子而帶負(fù)電荷，在、的接觸面上便形成一個(gè)從到的靜電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)阻礙了電子的繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)，其大小可以表示為（3–6）式中––導(dǎo)體和的接點(diǎn)在溫度時(shí)形成的接觸電勢(shì)（V）；––電子電荷，；––玻耳茲曼常數(shù)，③溫差電動(dòng)勢(shì)在單一導(dǎo)體中，如果兩端溫度不同，兩端間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，即單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)散，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電荷，低溫端因得到電子而帶負(fù)電荷，從而形成一個(gè)靜電場(chǎng)，該電場(chǎng)阻礙電子的繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，導(dǎo)體的兩端便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，該電位差稱為溫差電勢(shì)。溫差電勢(shì)的大小可表示為（3–7）式中––導(dǎo)體兩端溫度為、時(shí)形成的溫差電勢(shì)（V）；––湯姆遜系數(shù)，表示單一導(dǎo)體兩端溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)，其值與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。④熱電偶回路熱電勢(shì)對(duì)于由導(dǎo)體、組成的熱電偶閉合回路，當(dāng)溫度時(shí)，閉合回路總的熱電勢(shì)為，并可用下式表示：（3–8）或者（3–9）式中––導(dǎo)體在接點(diǎn)溫度為和時(shí)的電子密度；––導(dǎo)體在接點(diǎn)溫度為和時(shí)的電子密度；––導(dǎo)體和的湯姆遜系數(shù)（V/℃）。⑤熱電偶的選擇:熱電偶的選擇應(yīng)根據(jù)以下三點(diǎn)選擇:1）根據(jù)測(cè)量對(duì)象的測(cè)量范圍和測(cè)量的精確度來(lái)選擇；2）根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的氣氛和環(huán)境條件等來(lái)選擇；3）盡量少采用貴金屬的熱電偶材料。根據(jù)以上要求本設(shè)計(jì)的測(cè)量范圍不超過(guò)400℃，允許誤差為1℃，所以選擇出材料為銅––銅鎳的熱電偶，它們的正極為銅，負(fù)極為銅鎳，型號(hào)為WRC，分度號(hào)為T（老式的為CK），測(cè)量范圍為-200℃～400℃⑥熱電偶與熱電阻之間的區(qū)別熱電偶是一種測(cè)溫度的傳感器，與熱電阻一樣都是溫度傳感器，但是他和熱電阻的區(qū)別主要在于：1）信號(hào)的性質(zhì)，熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使熱電阻產(chǎn)生正的或者是負(fù)的阻值變化；而熱電偶，是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化，他隨溫度的改變而改變。2）兩種傳感器檢測(cè)的溫度范圍不一樣，熱阻一般檢測(cè)0-150度溫度范圍，最高測(cè)量范圍可達(dá)600度左右（當(dāng)然可以檢測(cè)負(fù)溫度）。熱電偶可檢測(cè)0-1000度的溫度范圍（甚至更高）所以，前者是低溫檢測(cè)，后者是高溫檢測(cè)。3）從材料上分，熱阻是一種金屬材料，具有溫度敏感變化的金屬材料，熱電偶是雙金屬材料，既兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個(gè)不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。4）PLC對(duì)應(yīng)的熱電阻和熱電偶的輸入模塊也是不一樣的，這句話是沒(méi)問(wèn)題，但一般PLC都直接接入4～20ma信號(hào)，而熱電阻和熱電偶一般都帶有變送器才接入PLC。要是接入DCS的話就不必用變送器了。熱電阻是RTD信號(hào)，熱電偶是TC信號(hào)。5）PLC也有熱電阻模塊和熱電偶模塊，可直接輸入電阻和電偶信號(hào)。6）熱電偶有J、T、N、K、S等型號(hào)，有比電阻貴的，也有比電阻便宜的，但是算上補(bǔ)償導(dǎo)線，綜合造價(jià)熱電偶就高了。熱電阻是電阻信號(hào),熱電偶是電壓信號(hào)。7）熱電阻測(cè)溫原理是根據(jù)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電阻隨溫度變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量的，測(cè)量范圍為負(fù)00~500度，常用的有鉑電阻（Pt100、Pt10）、銅電阻Cu50（負(fù)50-150度）。熱電偶測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度的，常用的有鉑銠––鉑（分度號(hào)S，測(cè)量范圍0~1300度）、鎳鉻––鎳硅（分度號(hào)K，測(cè)量范圍0~900度）、鎳鉻––康銅（分度號(hào)E，測(cè)量范圍0~600度）、鉑銠30––鉑銠6（分度號(hào)B，測(cè)量范圍0~1600度）。8）分度號(hào)是用來(lái)反映溫度傳感器在測(cè)量溫度范圍內(nèi)溫度變化對(duì)應(yīng)傳感器電壓或者阻值變化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，即熱電阻、熱電偶、電阻、電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值。以熱電偶為例：熱電偶的分度號(hào)有主要有S、R、B、N、K、E、J、T、WRe、WFT等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。E型測(cè)溫度值為-40之+1000；K型為-40之+1300；S型為0之1700；B型為0之1800；T型為-40之400；WRe型為0之2000；WFT型為400之2000，單位℃（4）按鈕控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用廣泛的手動(dòng)主令電器，它可以與接觸器或繼電器配合，對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)控制，用于實(shí)現(xiàn)控制線路的電氣聯(lián)鎖?？刂瓢粹o由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點(diǎn)和外殼等組成，通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸點(diǎn)和常開(kāi)觸點(diǎn)。按下按鈕時(shí)，先斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)，后接通常開(kāi)觸點(diǎn)；按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧的作用下，按鈕觸點(diǎn)自動(dòng)復(fù)位的先后順序相反。通常，在無(wú)特殊說(shuō)明的情況下，有觸點(diǎn)電器的觸點(diǎn)動(dòng)作順序均為“先斷后合”。在電器控制線路中，常開(kāi)按鈕常用來(lái)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，也稱起動(dòng)按鈕，常閉按鈕常用于控制電動(dòng)機(jī)停車，也稱停車按鈕，復(fù)合按鈕用于連鎖控制電路中?？刂其@鈕的種類很多，在結(jié)構(gòu)上有撳鈕式、緊急式、鑰匙式、旋鈕式、帶燈式和打碎玻璃按鈕。常用的控制按鈕有LA2、LAl8、LA20、LAYl和SFAN一1型系列按鈕。其中SFAN-1型為消防打碎玻璃按鈕。LA2系列為仍在使用的老產(chǎn)品，新產(chǎn)品有LAl8、LAl9、LA20等系列。其中LAl8系列采用積木式結(jié)構(gòu)，觸點(diǎn)數(shù)目可按需要拼裝至六常開(kāi)六常閉，一般裝成二常開(kāi)二常閉。LAl9、LA20系列有帶指示燈和不帶指示燈兩種，前者按鈕帽用透明塑料制成，兼作指示燈罩。按鈕選擇的主要依據(jù)是使用場(chǎng)所、所需要的觸點(diǎn)數(shù)量、種類及顏色。3.2.2工作過(guò)程及要求（1）工作過(guò)程合上QF4電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)三個(gè)分開(kāi)關(guān)QF1、QF2、QF3合上，這時(shí)主電路和控制電路在給電狀態(tài)，按下PLC的合閘按鈕，同時(shí)給加計(jì)數(shù)器C1清零。使PLC內(nèi)部的M1.0得電，同時(shí)使加計(jì)數(shù)器清零的M1.0常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，系統(tǒng)開(kāi)始工作。系統(tǒng)工作線圈K3得電，這時(shí)主電路中的K3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM3線圈得電，KM3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合?？刂齐娐分械纳犸L(fēng)機(jī)和溫控儀也得電，開(kāi)始工作。由于加熱爐內(nèi)溫度沒(méi)達(dá)到溫控儀設(shè)定的低溫點(diǎn)，溫度低觸點(diǎn)的常開(kāi)觸點(diǎn)此時(shí)閉合，使線圈K1、K2得電，K1、K2的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，主電路中KM1、KM2線圈得電，它的常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作，使主、輔加熱器通電工作，給爐內(nèi)加熱。紅燈發(fā)光指示系統(tǒng)工作，同時(shí)PLC內(nèi)部的接通延時(shí)定時(shí)器T37和加計(jì)數(shù)器C1也開(kāi)始工作。這時(shí)爐內(nèi)溫度從室溫開(kāi)始上升，當(dāng)溫度上升到設(shè)定的低溫點(diǎn)時(shí)，溫度低觸點(diǎn)開(kāi)始動(dòng)作，閉合的觸點(diǎn)斷開(kāi)，斷開(kāi)的觸點(diǎn)閉合，溫度低觸點(diǎn)動(dòng)作由閉合變?yōu)槌ｉ_(kāi)。由附圖–1的梯形圖可知，線圈K1失電，其觸點(diǎn)動(dòng)作，常開(kāi)觸點(diǎn)由閉合回到常開(kāi)，主加熱器停止工作；線圈K2得電，K2的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM2線圈得電，它的觸電閉合，溫控儀控制的固態(tài)繼電器也閉合，輔助加熱器開(kāi)始工作。紅燈發(fā)光指示系統(tǒng)工作，此時(shí)PLC內(nèi)的接通定時(shí)器T37和加計(jì)數(shù)器C1繼續(xù)工作當(dāng)溫度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的設(shè)定溫度時(shí)，熱電偶給溫控儀一個(gè)信號(hào)，使它控制固態(tài)繼電器SSR截止，使輔助加熱器停止工作，保持溫度不再上升。當(dāng)溫度低于系統(tǒng)設(shè)定的正常溫度時(shí)，熱電偶給溫控儀一個(gè)信號(hào)，使溫控儀控制固態(tài)繼電器SSR，使固態(tài)繼電器導(dǎo)通，讓輔助加熱器工作。就這樣反復(fù)工作，使干燥箱保持設(shè)定溫度。在系統(tǒng)開(kāi)始工作的同時(shí)PLC內(nèi)的定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，每30分鐘給加計(jì)數(shù)器一個(gè)脈沖使加計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值加1，直到加計(jì)數(shù)器的設(shè)定值為20時(shí)，即10小時(shí)。同時(shí)加計(jì)數(shù)器C1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使PLC工作線圈K3、主加熱器線圈K1、輔助加熱器線圈K2斷電，從而使主加熱器和輔助加熱器同時(shí)斷電停止加熱，使系統(tǒng)停止工作如果系統(tǒng)工作電路出現(xiàn)故障時(shí)，輔助加熱器或主加熱器還在工作的情況下，這時(shí)PLC的最高溫度設(shè)定觸點(diǎn)發(fā)生動(dòng)作，常開(kāi)閉合，黃燈發(fā)光開(kāi)始報(bào)警，同時(shí)使PLC工作線圈K3、主加熱器線圈K1、輔助加熱器線圈K2斷電。從而使主加熱器和輔助加熱器同時(shí)斷電，停止加熱。以保證工藝要求。如果入內(nèi)風(fēng)機(jī)電流過(guò)大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。（2）工作要求： ①能夠通過(guò)PLC對(duì)加熱爐的爐溫進(jìn)行自動(dòng)控制。已達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。②溫度在設(shè)定溫度的低溫點(diǎn)以下是，紅燈亮（運(yùn)行），主加熱器工作，副加熱器不工作。當(dāng)超過(guò)低溫點(diǎn)時(shí)，輔加熱器開(kāi)始工作，主加熱器停止。③溫度超過(guò)設(shè)定最高溫度思點(diǎn)或熱繼電器過(guò)載時(shí)，黃燈亮（報(bào)警）。整個(gè)系統(tǒng)停止工作。④當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定的時(shí)間時(shí)，PLC動(dòng)作使系統(tǒng)停止工作。3.3軟件設(shè)計(jì)根據(jù)3.2.2的工作要求可以得到該系統(tǒng)的梯形圖（見(jiàn)附圖–1）

第4章結(jié)論在變壓器和電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)維修過(guò)程中，先要進(jìn)行線圈的繞制，然后浸漆，為保證電動(dòng)機(jī)和變壓器的絕緣強(qiáng)度，需要用加熱爐對(duì)電動(dòng)機(jī)線圈和變壓器漆浸后進(jìn)行干燥。干燥的時(shí)候需要嚴(yán)格的溫度控制，從而才能保證變壓器和電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。本論文就是研究干燥