PLC應用技術（S7-200 SMART） 課件 項目5 任務16烘胎房溫度控制系統(tǒng)

項目5

任務16烘胎房溫度控制系統(tǒng)任務描述任務16烘胎房溫度控制系統(tǒng)本任務把電磁鎖控制方式引入烘胎過程中，并且加入了數(shù)據(jù)記錄功能，排除了人為操作烘胎時間的因素，采用閉環(huán)比較的溫度控制算法用PLC實現(xiàn)，烘胎溫度控制精度范圍±5度，保證了烘胎的質(zhì)量。任務要求：系統(tǒng)采用PT100鉑電阻溫度傳感器，采用溫度變送器將實時溫度信號轉(zhuǎn)變成4-20mA電流信號，通過RTD模擬量模塊采集實時溫度數(shù)據(jù)，再通過PLC實施單位換算，將烘胎房實時溫度顯示在觸摸屏上，并根據(jù)烘胎工藝要求，通過模擬量輸出模塊對蒸汽電動閥門控制，改變溫度輸出狀態(tài)，進而通過PLC編寫控制程序，從而實現(xiàn)烘胎房的溫度控制。每套PLC裝置控制5個輪胎烘胎房。烘胎房溫度控制系統(tǒng)示意圖輪胎成型后在硫化工藝前的烘胎是輪胎質(zhì)量好壞的重要環(huán)節(jié)，烘胎的溫度和時間是重要的工藝參數(shù)，由于人為操作因素經(jīng)常造成烘胎效果達不到理想效果。1）進一步熟悉模擬量輸入、輸出模塊的接線、組態(tài)及程序設計方法。2）了解溫度傳感器、溫度變送器及輪胎生產(chǎn)工藝。3）熟悉PLC的實時時鐘指令。任務目標任務16烘胎房溫度控制系統(tǒng)基礎知識1溫度采集控制系統(tǒng)溫度采集控制系統(tǒng)通常由一個溫控器、傳感器、執(zhí)行器和一系列聯(lián)動設備組成。1）溫度控制系統(tǒng)的關鍵部分是溫控器，它是負責控制和監(jiān)測環(huán)境溫度的中樞部分。溫控器能夠根據(jù)所設置的溫度要求，檢測當前的溫度，并通過連接的傳感器和執(zhí)行器控制環(huán)境溫度以維持所設置的溫度范圍。這種方法可以確保溫度在所需的范圍內(nèi)波動不大，從而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。通常使用的溫控器的核心是PLC或單片機等微處理器。2）溫度傳感器是另一個關鍵部件，它可以測量環(huán)境溫度。常見的傳感器包括熱敏電阻、熱電偶、紅外傳感器或者數(shù)字量溫度/溫濕度傳感器。這些傳感器可以快速檢測環(huán)境中的溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳輸會溫控器進行處理，以便進行溫度調(diào)節(jié)。3）執(zhí)行器是溫度控制系統(tǒng)中最動態(tài)和直接的部分。它們可以通過不同的方式調(diào)整環(huán)境溫度，例如電熱絲、加熱管和冷卻風機。執(zhí)行器能夠按照溫度控制器的指示來快速調(diào)整環(huán)境溫度，確保環(huán)境中的溫度始終在恰當?shù)姆秶鷥?nèi)?；A知識2溫度傳感器（1）溫度傳感器分類1按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類接觸式接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。溫度計通過傳導或?qū)α鬟_到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。非接觸式它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。基礎知識2溫度傳感器（2）溫度傳感器分類2按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶等多類1）熱電偶熱電偶是電壓設備，可指示電壓變化時的溫度測量。隨著溫度升高，熱電偶的輸出電壓升高，該升高過程不一定是線性的。熱電偶通常位于金屬或陶瓷屏蔽罩內(nèi)，以防止其暴露于各種環(huán)境中。金屬護套熱電偶也可提供多種類型的外部涂層，例如鐵氟龍，可在酸和強堿溶液中無故障使用。熱電偶是一種感溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度，熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。基礎知識2溫度傳感器（2）溫度傳感器分類2按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶等多類2）熱電阻電阻式溫度測量裝置也是電性的。它不像熱電偶那樣使用電壓，而是利用物質(zhì)的另一個隨溫度變化的特性--電阻。而使用的電阻器件可分為：金屬電阻溫度器件（RTD）和熱敏電阻。一般來說，RTD比熱電偶更具有線性。它們沿著正方向增加，隨著溫度的升高，電阻會上升。而熱敏電阻的結(jié)構(gòu)類型則完全不同。它是一種極度非線性的半導電器件，隨著溫度的升高，電阻會降低。RTD通常用鉑金、銅或鎳，這幾種金屬的電阻-溫度關系是它們的溫度系數(shù)較大,隨溫度變化響應快，能夠抵抗熱疲勞，而且易于加工制造成為精密的線圈。熱敏電阻傳感器主要元件是熱敏電阻，當熱敏材料周圍有熱輻射時，它就會吸收輻射熱，產(chǎn)生溫度升高，引起材料的阻值發(fā)生變化?；A知識2溫度傳感器（2）溫度傳感器分類2按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶等多類3）紅外傳感器紅外傳感器是非接觸式傳感器。4）雙金屬裝置雙金屬裝置在加熱時利用金屬膨脹的優(yōu)勢。在這些設備中，兩種金屬結(jié)合在一起并與指針機械連接。加熱時，雙金屬帶的一側(cè)將比另一側(cè)擴展更多。并且當正確地對準指針時，會顯示溫度測量值。雙金屬設備的優(yōu)點是便攜性和與電源的獨立性。但是，它們通常不如電氣設備準確，并且無法像熱電偶或RTD這樣的電氣設備輕松記錄溫度值。但是可移植性是正確應用程序的絕對優(yōu)勢。基礎知識2溫度傳感器（2）溫度傳感器分類2按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶等多類5）IC溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC，模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控測，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。如：DHT11、DHT22、DS18B20、M117、TMP117等?；A知識3溫度變送器（1）作用溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關系的4～20mA電流信號0-5V/0-10V電壓信號，RS485數(shù)字信號輸出。將物理測量溫度信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設備。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。電流變送器是將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標準信號，連續(xù)輸送到接收裝置。溫度電流變送器是把溫度傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘枺B接到二次儀表上，從而顯示出對應的溫度。比如溫度傳感器PT100，溫度電流變送器的作用就是把電阻信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，輸入儀表，顯示溫度?；A知識3溫度變送器（2）一體化溫度變送器一體化熱電阻溫度變送器是體積比較小的、可以安裝到熱電阻的接線盒內(nèi)的溫度變送器。熱電阻溫度變送器是由基準單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反接保護、限流保護、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。測溫熱電阻信號轉(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關系進行補償，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個與被測溫度成線性關系的4～20mA的恒流信號。熱電偶溫度變送器一般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)冷端補償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為4～20mA電流輸出信號。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設有斷電保護電路。當熱電偶斷絲或接解不良時，變送器會輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。拓展知識1輪胎生產(chǎn)工藝1）軋膠工序依據(jù)不同技術要求的配方，將橡膠及配合劑用密煉機或開煉機加以充分混合，而制成適合制作輪胎各部件的膠片，是輪胎生產(chǎn)的第一道工序。2）壓出工序?qū)⒃谲埬z工序混合均勻的膠料通過壓出機的口型板，壓出技術標準所要求的斷面尺寸。制作的部件：胎面（三方四塊）、胎側(cè)（三方三塊）、三角膠條、胎肩墊膠、帶束層墊膠等。3）壓延工序把混合均勻的膠料在開煉機上加熱，依據(jù)技術標準將一定厚度的混合膠片貼附到簾子布的兩面，或依據(jù)技術標準制成一定厚度的膠片。壓延種類：簾子布壓延、鋼絲簾布壓延、氣密層壓延等等。4）鋼絲圈制造工藝依據(jù)技術標準經(jīng)過擠出機將鋼絲表面包附上一定厚度的膠料，然后在纏繞機上按不同的斷面形狀及直徑纏繞成鋼絲圈。常見的鋼絲圈斷面形狀有矩形、U字形、圓形、六角形等等。拓展知識1輪胎生產(chǎn)工藝5）裁斷工序?qū)貉雍玫膾炷z簾子布，依技術標準（寬度、角度、長度）裁斷，供貼合工序及成型工序使用。裁斷的簾布種類：一是纖維簾布。胎體簾布、子口包布、鋼絲圈包布、冠帶層等。二是鋼絲簾布。帶束層簾布。6）貼合工序?qū)⒉脭嗟暮熥硬荚诓纪操N合機上，依標準制成圓筒形的布筒，此工序只適用于斜交胎。7）成型工序把在壓出、壓延、裁斷、鋼絲圈纏繞等工序制得的半成品部件，依據(jù)技術標準組裝成胎坯，此過程稱為成型。8）噴涂工序胎坯硫化前在其內(nèi)部噴上一種隔離劑，起到潤滑并防止與輪胎胎里粘連的作用，在胎坯外部噴上一種表面活性物質(zhì)，以促進膠料表面流動，獲得最佳的外觀質(zhì)量。9）硫化工序?qū)⑻ヅ餮b入模具，依標準在一定的溫度、壓力、時間下將橡膠分子由鏈狀的線型結(jié)構(gòu)變?yōu)榱Ⅲw的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程，稱為輪胎硫化。硫化三要素是溫度、壓力、時間。輪胎硫化模具有：鋼刻模、精鑄鋁模、鑲塊結(jié)構(gòu)、活絡模。拓展知識1輪胎生產(chǎn)工藝10）質(zhì)檢工序?qū)ιa(chǎn)出來的輪胎實施質(zhì)檢。一是進行外觀檢測、均勻性檢測、動平衡檢測、X-RAY檢測，有的廠家還會有專用的內(nèi)部氣泡檢測；二是為驗證輪胎性能，輪胎廠家會對批量下線的輪胎進行滾阻檢測、斷面尺寸分析、輪胎強度檢測(壓穿試驗)、脫圈強度、高速、耐久等項目抽檢，以驗證同批次產(chǎn)品的性能合格性。在烘焙油、烘焙橡膠、煉膠、壓延、硫化等工藝流程需要消耗大量的熱量，對輪胎生產(chǎn)的環(huán)境溫度有更嚴格的要求，如果烘胎溫度過低或時間過短，都有可能導致輪胎胎坯產(chǎn)生氣泡、水分等，導致輪胎品質(zhì)的下降。根據(jù)輪胎生產(chǎn)工藝流程的要求，要保證鋼坯存放區(qū)和硫化溫度恒定，鋼坯存放環(huán)境溫度不能過高或過低。溫度如果低于一定界限，則在需要時單獨設置胎坯烘胎房，并對坯料進行預熱處理。坯料在硫化時應避免在機器前面停車時間過長或過短。胎坯應按順序使用。根據(jù)輪胎生產(chǎn)工藝要求，如果烘房溫度過高或過低，或胚胎在烘房存放時間過長，都會引起胎坯的變化，導致產(chǎn)品質(zhì)量下降?？販乇匾酝卣怪R2如何讀取PLC的實時時鐘（1）時鐘指令注意：①READ_RTC、SET_RTC指令不接受無效日期。例如，如果輸入2月30日，則會發(fā)生非致命性日時鐘錯誤(0007H)。②不要在主程序和中斷例程中使用READ_RTC/SET_RTC指令。執(zhí)行另一個READ_RTC/SET_RTC指令時，無法執(zhí)行中斷例程中的READ_RTC/SET_RTC指令。在這種情況下，PLC會置位系統(tǒng)標志位SM4.3，指示嘗試同時對日時鐘執(zhí)行二重訪問，導致T數(shù)據(jù)錯誤（非致命錯誤0007H）。③PLC中的日時鐘僅使用年份的最后兩位數(shù)，因此00表示為2000年。使用年份值的用戶程序必須考慮兩位數(shù)的表示法。2099年之前的閏年年份，PLC都能夠正確處理。時鐘指令拓展知識2如何讀取PLC的實時時鐘（2）時間緩沖區(qū)格式8字節(jié)時間緩沖區(qū)的格式，從字節(jié)地址T開始，具體功能見右表。所有日期和時間值必須采用BCD格式分配（例如，16#23代表2023年）。00至99的BCD值范圍可分配范圍為2000至2099的年份。超出斷電時長后，PLC所示的時間值將初始化為2000年1月1日0時0分0秒，星期六。任務實施

1.

輸入/輸出地址分配I/O地址分配表輸入輸入符號地址功能符號地址功能門限位1I0.4房間1門限位電磁鎖1Q0.4電磁鎖房間1溫度AIW32模擬量風機1Q1.1降溫風機

報警Q1.2報警器

電動閥1AQW64模擬量輸出

2.繪制PLC接線示意圖任務實施

3.硬件組態(tài)任務實施

3.軟件編程任務實施

主程序設計

3.軟件編程任務實施主程序設計主程序功能：一是一上電調(diào)用“溫度轉(zhuǎn)換”、“設定值”、“電動閥門控制”三個子程序。二是在恰當?shù)臅r機開啟風機調(diào)溫。

3.軟件編程任務實施溫度轉(zhuǎn)換子程序該子程序功能：一是由AIW32轉(zhuǎn)化為雙整數(shù)，再轉(zhuǎn)化為實數(shù)，再除以10，實現(xiàn)了RTD模擬量溫度值的轉(zhuǎn)換,得到了需要顯示的溫度值。二是如果測得的房間1的溫度超過選定規(guī)格而設定的上限值或低于下限值，如果這一狀態(tài)持續(xù)30秒，則發(fā)出報警聲30秒。

3.軟件編程任務實施HMI組態(tài)界面設定值子程序該子程序功能：一是為HMI提供變量“可操作時間1”，初值設為15，僅第一個掃描