基于三菱PLC的温度控制系统设计

作者：范金玲等

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》 2014年第10期

范金玲 许月琳（苏州工业职业技术学院）

摘要：本文利用FX3U 新一代三菱PLC 作为控制器，PT100 作为温度采集元件和FX0N-3A 作为模拟输入输出模块组成温度控制系统的关键元件，实现对温度控制系统的有效控制，在实际调试后，具有较高的稳定性和实效性，有相当的使用价值和参考意义。

关键词：PLC 温度控制模拟量模块数据转换

0 引言

温度控制系统广泛应用于蔬菜大棚、蒸馏、酒类发酵、食品、化工等领域，在这些场合都要求温度能有效地控制在稳定的范围，而不能有大惯性大滞后现象，否则会造成难以估量的损失或低效。目前研究温度控制系统中，不少是用单片机控制的。而PLC 的可靠性高，编程简单，易于维护，可以广泛应用于各种控制系统，所以根据温度控制系统的控制特点，决定使用PLC 来实现对温度的实用控制，本文采用三菱PLC 系统对温度进行有效经济地控制。

1 硬件选择

很显然，在温度控制系统中，一些主要的元器件是PLC、模拟量输入输出模块、温度采集器即温度传感器以及一些加热和降温设备。

1.1 PLC 的选择选用三菱公司的第三代产品三菱FX 系列PLC 的新产品FX3U-32MT，与之前的FX 系列产品相比其定位功能得到了提高，基本性能也大幅提升，CPU 处理速度达到了0.065us/ 基本指令，内置了高达K 的大容量RAM 存储器，大幅增加了内部软元件的数量，强化了指令的功能，提供了多达209 条应用指令，包括与三菱变频器通讯的指令，CRC 计算指令，产生随机数指令等等，因此它成为近两年各行各业的新宠。

1.2 PLC 软件系统设计的步骤在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写PLC 程序了。编写PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。①对系统任务分块。分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。②编制控制系统的逻辑关系图。从逻辑关系图上，可以反映出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又应该导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反映了输入与输出的关系。③编制PLC 程序并进行模拟调试。在绘制完电路图之后，就可以着手编制PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，最好不要整个程序完成后一起算总帐。

1.3 温度传感器和模拟量模块本系统涉及温度传感器，因此需要增加A/D 和D/A 转换模块，当温度传感器的信号输入时，将模拟量转换成数字量，来进行数据处理；PLC 输出时，又要将数字量转换成模拟量，才能获得一定的电压信号，并驱动不同执行元件工作。这里我们选用集模拟输入和模拟输出一身的三菱FX0N-3A 来作为模拟模块，它提供8 位分辨率精度和提供2 路模拟量输入(DC0-10V 或AC4-20mA) 通道和1 路模拟量输出通道（DC0-10V 或DC0-5V）。A/D 转换时间100μs，D/A 处理速度是TO 指令处理时间的3 倍。又因为FX0N-3A 模块有较好

的性价比，因此广泛应用于各种设备当中。这里选择PT100 铂电阻作温度传感器。PT100 的测温范围是较大，且测温精度高，性能稳定。外界给PT100 加一个已知的激励电压，测出两端电流，得到相应的电阻值，由电阻值，可以得到实际温度值。PT100 铂电阻输出电流信号，直接送给FX0N-3A 模块。

2 系统组成

2.1 系统概况及要求设控制要求为温度低于16℃时，红色指示灯L1 亮，并启动加热器M1；当温度高于25℃时，黄色指示灯L2 闪，并启动冷却器M2 低速工作；当温度高于35℃时，黄色指示灯L2 亮，并冷却器M2 高速工作（M2 低速工作电压需用5V 控制，高速工作电压用10V 控制）；温度在16-25℃时，绿灯L3 亮；系统有启动按钮和停止按钮。

2.2 设计PLC 输入输出地址表系统有两个按钮，M1和M2 各设一个过载保护FR，加热冷却M1 与M2 和三个指示灯不能共用一组电源，故输出点有所跳开，如表1所示。

2.3 控制电路图FX0N-3A 有两路模拟输入，这里使用通道1，PLC与3A 直接用扩展总线连接，其它输入输出元件连接如图1 所示。

3 软件设计

3.1 温度测量与转换3A 的模拟通道是8 位的，检测到的温度，经过转换，这里传送到D100 寄存器中，我们取10 次数据，然后取平均值放在D102 中。D110 为温度和，先清零；

D114 为计数，比较M101，等于10 次D114 清零；TO 用来设置数据来源，FROM 是读取温度值。3A 模块内部分配有32 个缓存器BFM0-BFM31，其中BFM17 各位作用：b0=0 通道1，b0=1 通道2，b1 启动A/D，b2 启动D/A；本段程序如图2。

3.2 温度数值的变换温度转换是线性的，可以根据以下公式：

Ax=Nx×（Amax-Amin）÷M+AminAx：计算结果；Nx：测量值；Amax-Amin 测量最大值与最小值之差即量程，此处PT100 测量范围是-40～80℃；

M：A/D 转换后的最大数，此处为250。

程序（图3）中量程和M 值同时缩小10 倍，不影响结果；D124 中的数值即为转换后的具体温度值，如15℃时为15。

3.3 温度比较和D/A 转换输出如图4，D124 中的温度值与参考值K16、K25、K35 比较，并根据要求控制输出。D/A 转换是将0-250 的数据转换成0-10V 的电压，是线性关系，10V 时输出250，5V 时输出125。

4 结束语

通过以上部分的工作，我们用三菱的FX3U 系列PLC和3A 模拟模块设计了一套经济实用高可靠型的温控系统方案，并以实例说明了控制过程和策略，对关键元件的连接关系和运用细节的处理也作了交代，具有相当的实用性。

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作者简介：范金玲（1972-），女，江苏苏州人，副教授，主要从事机电一体化尧自动控制方向的研究工作。