基于PLC的加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

基于PLC的加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要變壓器和電動機是最多使用的電氣設(shè)備。在其生產(chǎn)和維修過程中，先要進行線圈的繞制，然后浸漆，為保證電機或變壓器線圈的絕緣強度，需要用加熱爐對其線圈浸漆后進行干燥。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)屬于簡單的自動控制系統(tǒng)，結(jié)合本課題的自身條件及工藝要求，本設(shè)計要求用PLC設(shè)計一個加熱爐自動溫度控制系統(tǒng)。PLC具有故障率低、可靠性高、易于維護及操作、投資成本少等等一些優(yōu)點。本文主要介紹了可編程序控制器的原理和特點，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)計過程，以及主要電氣元件的型號選擇，最后用梯形圖設(shè)計程序，最終達到加熱爐的自動溫度控制要求。設(shè)計中系統(tǒng)能保持溫度在設(shè)定點±2℃內(nèi)變化，加熱時間為10小時，主加熱器的功率為15KW，輔助加熱器的功率為10KW，爐內(nèi)風(fēng)機功率為2KW。控制過程要求系統(tǒng)啟動后為主、輔加熱器加熱，同時爐內(nèi)風(fēng)機及控制電路風(fēng)機工作，當溫度達到預(yù)先設(shè)定溫度的下限時，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)計和系統(tǒng)的工作原理 53.1主電路的設(shè)計 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)計算 73.2控制電路的設(shè)計 83.2.1控制電路的介紹 83.2.2工作過程及要求 133.3軟件設(shè)計 14第4章結(jié)論 15參考文獻 16致謝 17附錄 18第1章引言溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。溫度控制則是使被控對象的溫度達到并保持在設(shè)定的目標范圍之內(nèi)。溫度控制的被控對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、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產(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)的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術(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、進行判斷分析的控制器和被控對象。如圖1–1所示：設(shè)定值＋－控制器設(shè)定值＋－控制器執(zhí)行器被控對象輸出值溫度傳感器實際的溫度值負反饋電動機和變壓器是工廠企業(yè)中，現(xiàn)場使用最多的電氣設(shè)備，經(jīng)常因為操作不當，或者年久失修，而造成損壞，所以對于這些設(shè)備的檢修成為了一項重要的任務(wù)。在電動機和變壓器的生產(chǎn)和檢修的過程中，需要對電動機和變壓器的線圈進行繞制，然后將線圈浸漆，最后利用加熱爐對浸漆后的線圈進行烘干處理。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，也間接影響了電動機和變壓器的質(zhì)量?？删幊炭刂破?ProgrammableController)簡寫成PLC，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計算機。可編程控制器具有諸多優(yōu)點：（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、價格低廉的優(yōu)點；（3）PLC控制功能極強，除基本的邏輯控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運算等功能外，配合特殊功能模塊還可實現(xiàn)點位控制、PID運算、過程控制、數(shù)字控制等功能；（4）PLC的擴展以及與外部聯(lián)接極為方便，環(huán)境適應(yīng)力強。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)濟高效穩(wěn)定且維護方便。本論文即是要求設(shè)計利用PLC設(shè)計一個加熱爐自動溫度控制系統(tǒng)，以保證加熱爐工作的穩(wěn)定性以及電動機和變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量。第2章PLC的基本概念和工作原理2.1PLC概述PLC的興起是與美國現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)發(fā)展的要求密不可分的。在1968年，當時的通用汽車公司為解決工廠生產(chǎn)線調(diào)整時，繼電器順序控制系統(tǒng)的電路修改耗時，平時檢修與維護不易等問題而征集更替方案。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、定時器以及專門的閉回路控制器來實現(xiàn)。它們的體積龐大、有著嚴重的噪音，不但每年的維護工作要耗費大量的人力物力，而且繼電器–接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求。針對這些問題，美國通用汽車公司要求設(shè)計一種新的系統(tǒng)來替換繼電器系統(tǒng)，并提出了著名的“通用十條”招標指標，即：（1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序；（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)可直接送入管理計算機；（6）成本可與繼電器控制裝置競爭；（7）輸入可以是交流115V；（8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；（9）在擴展時原系統(tǒng)只要很小的變更；（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。隨后美國數(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PDP-14控制器，并在汽車自動裝配線上使用并獲得成功。由于當時系統(tǒng)主要用于順序控制、職能進行邏輯運算，所以被命名為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。 最早期的PLC只有簡易的邏輯開關(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。1970年代初期，PLC引進微處理機技術(shù)，使得PLC具有算術(shù)運算功能與多元的數(shù)位喜好輸出輸入功能，并且能直接以階梯圖符號進行程式編寫。這項新技術(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PLC高速通訊網(wǎng)絡(luò)功能，同時加入一些特殊輸出輸入界面、人機界面、高功能函數(shù)指令、資料收集與分析能力等功能。 PLC的功能早已不止當初數(shù)位邏輯的運算功能，因此近年來PLC常以可編程控制器（ProgrammableController）簡稱之。 1985年，國際電工委員會（IEC）在PLC的標準草案第3稿中，對PLC作出了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。” 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,需要對硬件和軟件作一些初始化的工作.為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)(見圖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的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器。CPU以字節(jié)（8位）為單位來讀寫輸入/輸出過程映像寄存器。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）讀入輸入過程映像寄存器。外接的輸入電路閉合時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入電路斷開時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點的常開觸點斷開，常閉觸點接通（2）執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在RUN工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時，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)的邏輯運算，運算的結(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，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，對輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實際的I/O點，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)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點，使系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。②用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點快得多，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?shù)臅r候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。（4）CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復(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，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出點的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器中存放的二進制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。當CPU的工作模式從RUN變?yōu)镾TOP時，數(shù)字量輸出被置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當時的狀態(tài)，默認的設(shè)置是將數(shù)字量輸出清零。圖2–1掃描過程第3章電路的設(shè)計和系統(tǒng)的工作原理整個系統(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：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，報警溫度200主電路由三部分組成：爐內(nèi)風(fēng)機、主加熱器、輔助加熱器。爐內(nèi)風(fēng)機為三相交流電動機，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交流接觸器代號為圖中KM1–KM3.接觸器是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電器，在大多數(shù)情況下，其控制對象是電動機，也可是其他電力負載，如電熱器、電焊機等。分為直流接觸器和交流接觸器。在此可設(shè)計中我們采用的是交流接觸器，交流接觸器主要有接觸點系統(tǒng)、電磁機構(gòu)和滅弧裝置等組成。1）觸點系統(tǒng)：觸點是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開電路。它包括主觸點和輔助觸點。主觸點用來通斷主電路，輔助觸點用來通斷控制回路。2）電磁機構(gòu)：作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，操縱觸點的閉合或斷開。交流接觸器一般采用銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動的拍合式電磁機構(gòu)和銜鐵作直線運動的電磁機構(gòu)。3）滅弧裝置：交流接觸器在分斷大電流電路時，往往會在動、靜觸點之間產(chǎn)生很強的電弧。電弧一方面會使電路切斷時間延長，另一方面又會燒毀觸點損壞裝置，產(chǎn)生事故造成損失，因此，滅弧是接觸器工作時主要任務(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、傳動機構(gòu)和接線柱等。（3）熔斷器代號為圖中的FU1–FU4。熔斷器是一種廣泛應(yīng)用的最簡單的保護電器之一。其主體是低熔點金屬絲或金屬薄片制成的熔體，串聯(lián)在被保護的線路中。在正常的情況下，熔體相當于一根導(dǎo)線，當電路發(fā)生短路或過載時，線路中的電流很大，熔體因過熱而熔化從而切斷電路，從而起到保護的作用。其主要由熔體和絕緣底座等組成。（4）低壓斷路器代號為圖中的QF1–QF4。低壓斷路器又稱為自動空氣開關(guān)或自動空氣斷路器，主要用于低壓動力線路中。它相當于刀閘開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合，是一種自動切斷電路故障的保護電器。低壓斷路器主要由觸點系統(tǒng)、操作機構(gòu)和保護元件三部分組成。（5）固態(tài)繼電器代號為圖中的SSR。固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷的電子開關(guān)，因為可以實現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱固態(tài)繼電器。又因其“斷開”和“閉合”均無觸點、無火花，因而又稱其為“無觸點開關(guān)”。由于它是由固體元件組成的無觸點開關(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、對外界干擾小、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強、開關(guān)速度快、使用方便等優(yōu)點。比較適用于相對惡劣的工業(yè)現(xiàn)場和要求工作可靠性高的場合。（6）熱繼電器代號為圖中的FR。熱繼電器是一種具有反時限（延時）過載保護特性的電流繼電器，廣泛用于電動機的過載保護，也可以用于其它的電氣設(shè)備過載保護。電動機在運行過程中，如果長期過載、頻繁啟動、欠壓運行或斷相運行都可能使電動機的電流超過額定值。如果超過的額定值的量不大，熔斷器在這種情況下不會熔斷，這樣將會引起電動機過熱，損壞繞組的絕緣，縮短電動機的使用壽命，嚴重時有可能燒壞電動機。因此常用熱繼電器作為電動機的過載保護及斷相保護。3.1.2電器元件的選取和相關(guān)計算在該系統(tǒng)中電路的電流是就定器件型號的就定因素，因此，電流計算就成了選取起見的關(guān)鍵。主要計算公式：P=1.732UIcosΦ（3–1）U=380V，P1=2KW，P2=15KW，P3=10KW，cosΦ=1通風(fēng)機支路：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)以上電路的計算對電線的選擇如下：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)知識的介紹及使用已在前面有所介紹，在此不將重復(fù)說明。PLC在本系統(tǒng)中是最核心的電器元件，所以單獨成為一章。（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接線須知為了對控制儀的安全操作，溫度探頭安裝在環(huán)境電壓超過50V的直流電壓的地方，必須的強絕緣和基本絕緣與溫控儀的連接點必須接地。當終端設(shè)備接電源時，用絕緣能力高于600V的絕緣頭。切斷主設(shè)備兩極點的開關(guān)和250V，1MP的熔斷器按在一起，熔斷器應(yīng)在主開關(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溫控儀表的絕緣標準主輸入、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：；污染級別：2④電源1）保證使用相關(guān)電壓的電源保護設(shè)備以免損壞，禁止錯誤電流；2）全部接線完成給電，以免電流振動和系統(tǒng)麻煩；3）對于PXW4，在運行時候，不允許從機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，因為特殊的設(shè)定錯誤會導(dǎo)致特殊的輸出錯誤；2）輸入暫停將會顯示UUUU或LLLL，換傳感器要關(guān)掉電源。（3）熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度是測量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測量過程中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單。制造方便、測量的范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于采集等許多優(yōu)點。另外，猶豫熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需要外加電源，使用十分方便，所以常被用以測量加熱爐、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)體組成一個閉合回路，當閉合回路的兩個接點分別置于不同的溫度場合時，回路中將產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(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)生的電動勢則稱為“熱電動勢”。從而，根據(jù)“熱電效益的原理”，產(chǎn)生了熱電偶。②接觸電動勢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，當兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時，在接觸面上因自由電子密度不同而發(fā)生電子擴散，電子擴散速率與兩導(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，則在接觸面上由擴散到的電子將必然比由擴散到的電子數(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電荷，在、的接觸面上便形成一個從到的靜電場，這個電場阻礙了電子的繼續(xù)擴散，當達到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，其大小可以表示為（3–6）式中––導(dǎo)體和的接點在溫度時形成的接觸電勢（V）；––電子電荷，；––玻耳茲曼常數(shù)，③溫差電動勢在單一導(dǎo)體中，如果兩端溫度不同，兩端間會產(chǎn)生電勢，即單一導(dǎo)體的溫差電勢。這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴散，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電荷，從而形成一個靜電場，該電場阻礙電子的繼續(xù)擴散，當達到動態(tài)平衡時，導(dǎo)體的兩端便產(chǎn)生一個相應(yīng)的電位差，該電位差稱為溫差電勢。溫差電勢的大小可表示為（3–7）式中––導(dǎo)體兩端溫度為、時形成的溫差電勢（V）；––湯姆遜系數(shù)，表示單一導(dǎo)體兩端溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電勢，其值與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。④熱電偶回路熱電勢對于由導(dǎo)體、組成的熱電偶閉合回路，當溫度時，閉合回路總的熱電勢為，并可用下式表示：（3–8）或者（3–9）式中––導(dǎo)體在接點溫度為和時的電子密度；––導(dǎo)體在接點溫度為和時的電子密度；––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)以下三點選擇:1）根據(jù)測量對象的測量范圍和測量的精確度來選擇；2）根據(jù)被測介質(zhì)的氣氛和環(huán)境條件等來選擇；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)計的測量范圍不超過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，負極為銅鎳，型號為WRC，分度號為T（老式的為CK），測量范圍為-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）兩種傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱阻一般檢測0-150度溫度范圍，最高測量范圍可達600度左右（當然可以檢測負溫度）。熱電偶可檢測0-1000度的溫度范圍（甚至更高）所以，前者是低溫檢測，后者是高溫檢測。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，在兩個不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢差。4）PLC對應(yīng)的熱電阻和熱電偶的輸入模塊也是不一樣的，這句話是沒問題，但一般PLC都直接接入4～20ma信號，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，熱電偶是TC信號。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。6）熱電偶有J、T、N、K、S等型號，有比電阻貴的，也有比電阻便宜的，但是算上補償導(dǎo)線，綜合造價熱電偶就高了。熱電阻是電阻信號,熱電偶是電壓信號。7）熱電阻測溫原理是根據(jù)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測量的，測量范圍為負00~500度，常用的有鉑電阻（Pt100、Pt10）、銅電阻Cu50（負50-150度）。熱電偶測溫原理是基于熱電效應(yīng)來測量溫度的，常用的有鉑銠––鉑（分度號S，測量范圍0~1300度）、鎳鉻––鎳硅（分度號K，測量范圍0~900度）、鎳鉻––康銅（分度號E，測量范圍0~600度）、鉑銠30––鉑銠6（分度號B，測量范圍0~1600度）。8）分度號是用來反映溫度傳感器在測量溫度范圍內(nèi)溫度變化對應(yīng)傳感器電壓或者阻值變化的標準數(shù)列，即熱電阻、熱電偶、電阻、電勢對應(yīng)的溫度值。以熱電偶為例：熱電偶的分度號有主要有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)簡單、使用廣泛的手動主令電器，它可以與接觸器或繼電器配合，對電動機實現(xiàn)遠距離的自動控制，用于實現(xiàn)控制線路的電氣聯(lián)鎖?？刂瓢粹o由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點和外殼等組成，通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸點和常開觸點。按下按鈕時，先斷開常閉觸點，后接通常開觸點；按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧的作用下，按鈕觸點自動復(fù)位的先后順序相反。通常，在無特殊說明的情況下，有觸點電器的觸點動作順序均為“先斷后合”。在電器控制線路中，常開按鈕常用來起動電動機，也稱起動按鈕，常閉按鈕常用于控制電動機停車，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)，觸點數(shù)目可按需要拼裝至六常開六常閉，一般裝成二常開二常閉。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)是使用場所、所需要的觸點數(shù)量、種類及顏色。3.2.2工作過程及要求（1）工作過程合上QF4電源開關(guān)，同時三個分開關(guān)QF1、QF2、QF3合上，這時主電路和控制電路在給電狀態(tài)，按下PLC的合閘按鈕，同時給加計數(shù)器C1清零。使PLC內(nèi)部的M1.0得電，同時使加計數(shù)器清零的M1.0常閉觸點斷開，系統(tǒng)開始工作。系統(tǒng)工作線圈K3得電，這時主電路中的K3常開觸點閉合，KM3線圈得電，KM3常開觸點閉合。控制電路中的散熱風(fēng)機和溫控儀也得電，開始工作。由于加熱爐內(nèi)溫度沒達到溫控儀設(shè)定的低溫點，溫度低觸點的常開觸點此時閉合，使線圈K1、K2得電，K1、K2的輔助常開觸點閉合，主電路中KM1、KM2線圈得電，它的常開觸點動作，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PLC內(nèi)部的接通延時定時器T37和加計數(shù)器C1也開始工作。這時爐內(nèi)溫度從室溫開始上升，當溫度上升到設(shè)定的低溫點時，溫度低觸點開始動作，閉合的觸點斷開，斷開的觸點閉合，溫度低觸點動作由閉合變?yōu)槌ｉ_。由附圖–1的梯形圖可知，線圈K1失電，其觸點動作，常開觸點由閉合回到常開，主加熱器停止工作；線圈K2得電，K2的常開觸點閉合，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，輔助加熱器開始工作。紅燈發(fā)光指示系統(tǒng)工作，此時PLC內(nèi)的接通定時器T37和加計數(shù)器C1繼續(xù)工作當溫度達到系統(tǒng)設(shè)定的設(shè)定溫度時，熱電偶給溫控儀一個信號，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。當溫度低于系統(tǒng)設(shè)定的正常溫度時，熱電偶給溫控儀一個信號，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)開始工作的同時PLC內(nèi)的定時器開始定時，每30分鐘給加計數(shù)器一個脈沖使加計數(shù)器的當前值加1，直到加計數(shù)器的設(shè)定值為20時，即10小時。同時加計數(shù)器C1的常閉觸點斷開，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，輔助加熱器或主加熱器還在工作的情況下，這時PLC的最高溫度設(shè)定觸點發(fā)生動作，常開閉合，黃燈發(fā)光開始報警，同時使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斷電，停止加熱。以保證工藝要求。如果入內(nèi)風(fēng)機電流過大時，也會產(chǎn)生相同的結(jié)果。（2）工作要求： ①能夠通過PLC對加熱爐的爐溫進行自動控制。已達到設(shè)計的目的。②溫度在設(shè)定溫度的低溫點以下是，紅燈亮（運行），主加熱器工作，副加熱器不工作。當超過低溫點時，輔加熱器開始工作，主加熱器停止。③溫度超過設(shè)定最高溫度思點或熱繼電器過載時，黃燈亮（報警）。整個系統(tǒng)停止工作。④當時間到達設(shè)定的時間時，PLC動作使系統(tǒng)停止工作。3.3軟件設(shè)計根據(jù)3.2.2的工作要求可以得到該系統(tǒng)的梯形圖（見附圖–1）

第4章結(jié)論在變壓器和電動機的生產(chǎn)維修過程中，先要進行線圈的繞制，然后浸漆，為保證電動機和變壓器的絕緣強度，需要用加熱爐對電動機線圈和變壓器漆浸后進行干燥。干燥的時候需要嚴格的溫度控制，從而才能保證變壓器和電動機的質(zhì)量。本論文就是研究干燥