试析PLC控制的电茶炉恒温供水系统

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随着经济和科技的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，把自动化技术应用于自动茶炉供水系统中是值得推广的一项基础设施。基于此，本文利用可编程控制器即plc技术设计的电茶炉恒温供水控制系统，以达到热水自动化不间断提供和温度可控的目的，方便快捷，实用性强。

【关键词】PLC 电茶炉 恒温供水 自动控制

1 PLC控制技术概述

随着我国经济的快速发展和科技的不断进步，工业自动化程度也在不断提高，结构也更加复杂，因此以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。发展新型PLC控制技术也已成为当前工业自动化控制领域迫切需要解决的技术问题。

PLC控制技术即可编程序逻辑控制器，是一种应用数字运算操作的电子装置，它是利用存储器执行逻辑、计算等操作指令，并通过数字模式进行输入和输出，从而对机械或生产过程进行控制。由于PLC控制技术具有抗干扰能力强、编程简单、适应范围广等特点，其优势已取代DCS系统，是未来发展的必然方向。

本文所研究的电茶炉恒温供水系统可编程控制器型号是德国西门子公司研制的控制器，其规格是S7―200。该控制器具有编程方便，存储量大，工作可靠，抗干扰能力强等特点，其硬件是采用PLC和触摸屏完成系统硬件设计，用监控组和控制程序实现温度采集与显示，从而达到温度在线监测和控制。

2 恒温供水系统简介

2.1 恒温供水系统工作原理

恒温供水系统可编程的主控制器PLC首先要采集和输入水温、水深、蒸汽压力等信息，然后再输出控制水泵，对电动蒸汽阀门进行控制，达到控制蒸汽的进入量进而控制水温温度。把温控仪、传感器、电磁阀组合成一个完整的控制系统，调整和控制好输出水量的温度，以实现恒温供水的目的。

2.2 恒温供水系统结构原理

现代恒温供水系统由水箱、水泵、加热器、电磁阀、传感器、显示装置、控制器、保护器等部分组成。其中，水箱是储存和加热水源的必备工具；水泵是用来加水和送水；加热器主要指利用电能、蒸汽能和太阳能等几种加热方法的电器设备；电磁阀则是控制管路开关工具；传感器则是指压力和温度传感器等；显示装置则是指LED显示屏；控制器是主要工具，它包括单片机、PLC、DSP等可编程控制器；保护器主要是指供水系统的安全装置，由防漏电、防溢水、防过热等装置组成，主要是保证用户用水安全，避免出身意外事故。恒温供水系统的结构如图1所示。

2.3 恒温供水PLC控制系统分析

PLC控制系统的核心是控制元件PLC，主要解决的是水泵如何利用压力传感器和温度传感器采集所需要的信息，并对控制对象有所了解，进而确定PLC输入点和输出点的选择。其运行过程是，当PLC得到压力和温度传感器的信号后，如果水泵内有水，水位过低则自动关闭加热器，并开始增加水量，当水量增加到一定水位时则自动停止加水；同时，开启水温的检测，当水温过低达不到要求时则自动开启加热功能，当加热到额定的温度时，则会按下按钮停止加热，避免加热过度溢水。

该PLC控制系统应着重从以下方面进行设置：进出水泵的控制；传感器的检测是否灵敏准确；停止加热按钮的设置。通过这些元件的设置，可以得出PLC点数的具体选择，从而将被控电机当作逻辑控制为主的系统。具体讲，就是进水泵、出水泵、传感器、加热器等系统组成部分按照指定的信号进行分层传输与运行，一直达到从进水到达到客户使用的标准要求全部实现自动控制。

3 系统的硬件设计

3.1 选择好控制器

PLC控制器从实用角度讲，可以按输入输出点数和控制功能进行选择；如果从安装空间讲，可按现场安装和室内安装两方面进行选择；如果按结构讲，可从整体型和模块型两方面来进行选择。

模块型的PLC能提供多种插卡或I/O卡件，具有扩展功能，可以配置I/O点数，可适用于大中型控制系统；整体型的PLC由于其I/O点数固定，因此可用于小型控制系统，客户选择余地较小。

对于输入输出模块的选择应根据具体情况来进行。对于输入模块主要是考虑信号问题，例如信号供电方式、传输距离等方面是考虑的重点；对于输出模块则应着重考虑价格、寿命、负荷等方面，例如可控硅输出模块虽然其价格较高，过载能力差，但其适用于开关频繁、电感性低的场合；继电器输出模块虽然寿命短、响应时间长，但其具有电压范围广的优点。因此，对于输入输出模块的选择应量力而行。

关于PLC的供电应选用220VAC电源，使其与国内电网电压相一致。如果PLC本身带有可使用电源时，应先检查PLC提供的电流与系统的电流是否匹配，如果达不到系统的要求，则必须设计外接供电电源，以保证系统正常运转；在重要的应用场合，还要采用不间断电源或稳压电源供电。本系统所采用的恒温供水程序需要5个输入和3个输出，其PLC机型可采用小型设备，而德国西门子公司生产的S7-200系列的PLC较为适合。

3.2 选择好传感器

PT100温度传感器是较为理想的传感器，它采用的是铂热电阻，其阻值会随着温度的变化而变化，当在O摄氏度时，PT100温度传感器的阻值为100欧姆，当水温达到100摄氏度时，其阻值约为139欧姆，根据其阻值的大小可以判断水温的高低。PT100温度传感器与调节电位器配合，用继电器的开关量来输入PLC数值，这样就可以实现对水温的控制。另外，输入继电器会对PLC设备能起到保护作用，如果加热器出现漏电或雷击时能起到报警和安全预防作用。

4 系统的软件设计

4.1 设计思路

电茶炉恒温供水自动控制设计的总体思路是：进水泵在水量少、加热器尚未工作的情况下进行自动工作，当水面低于最低温度时会自动加水直到达到规定标准，此时加热器开始工作；当水面高于设定值时，则进水泵停止工作。如果加热到一定程度，达到设定的最高值时，加热器则自动停止工作。为了手动操作，本系统还设置了手动按键。其一是加水按键，当开启时随时让水泵进入工作状态；其二是停止加热按键，用户根据自身需求可随时停止加热工作；其三是加热按键，当水量足但温度达不到要求时，启动加热按键随时启动加热器工作，方便快捷。

要让上述设计思路变为现实，还需要进行PLC输入输出点数的确定，即对控制信号进行设置。

4.2 操作流程

电茶炉恒温供水自动控制系统其操作程序是先由感温元件热电偶检测温度，通过温度变送器把温度传送给3ONFXA，A/D转换过程中，温度变为模拟电压输入给PLC，作这控制装置主机的PLC，通过PID运算，调整模拟量大小，完成温度控制任务。控制中将模拟量变为脉冲数字输出，用数字显示，温度的控制由程序设定。为了安全起见，防止意外因素的发生，在PLC输人和输出的模块增加了隔离变压器，并设置了上限和故障报警装置，以确保恒温供水系统安全运行。

5 恒温供水系统调试结果

首先是接通茶炉电源，此时传感器开始工作，当检测到水箱中水面低时，传感器把采集的信息输入PLC I0.1端，PLC控制进水泵工作自动向水箱中加水，当水面达到一定程度，传感器收到信号并将信号输入PLC I0.2端，PLC控制进水泵停止工作，同时PLC控制加热器工作。当水箱内水温达到100℃时，此时传感器把信号输入到PLC I0.4端，这时PLC控制加热器停止工作。

然后启用手动按键，按住出水按键把信号输入PLC I0.5端，PLC控制出水泵工作，流出热水，当不按出水按钮时，则出水泵停止工作。当水箱中水温下降时，按下加热按键，把信号输入PLC I0.7端，PLC控制加热器工作，当水温达到设置最高温度时，加热器则停止工作。当水箱中水温中设置低于90℃时，传感器收到信号并将信号输入到PLC I0.3端，PLC控制加热器工作，当水温达到最高温度时，加热器停止工作。当水箱中未达到最低水面时，按下加水按键则把信号输入到PLC I0.6端，PLC控制进水泵工作，当水面达到最大液面时PLC控制进水泵停止工作。

当以上加热器工作时，按下停止加热按键，则会将信号输入到PLC I0.0端，PLC控制加热器停止工作。整个操作程序大致如此，通过测试，用户满意度较高。

6 结语

通过上述编程控制器即基于PLC技术的电茶炉恒温供水控制系统的设计，从而实现了热水自动化不间断提供，温度可控，系统能正常运行，加之人性化设计的手动按键，让用户在使用过程中更加方便快捷，效果较为理想。

参考文献

[1]李建海，张大为，张凯，刘迪.数字PID控制器在温度控制系统中的应用[J].电子测量技术，2009（04）.

[2]甘红胜，邓谨，梁辉.基于PLC控制的温度控制器测试系统的设计[J].机电一体化，2010（04）.

[3]叶林，刘文珍，董锋，王燕.基于数学循环线的自动分拣系统研究[J].机电一体化，2010（10）.

作者单位

德州职业技术学院 山东省德州市 253000