專利名稱：高溫蠕變持久試驗機的plc溫控結構的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種在高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構。
背景技術：
目前國內使用中的高溫蠕變持久試驗機都是利用溫控儀表控制電阻絲加熱的方式來控制爐膛內的溫度，國內外現(xiàn)有技術的狀況是1、由于溫控儀表需在單獨的控制柜里安裝，因此多臺試驗機一般是由若干組控制柜組成，控制柜數(shù)量與試驗機組的數(shù)量有關，數(shù)量越大，所需控制柜組就越多，體積就越龐大，占據(jù)實驗室面積就越大。2、采用控溫儀表的MODEL BUS通訊方式通過通訊接口與計算機聯(lián)絡；3、從每臺試驗機到控制柜需要大量通訊電纜和溫度補償導線，而且溫度控制器的主體元件一智能控溫儀表非常昂貴，使設備裝備成本居高不下，勢必加大了生產成本。
發(fā)明內容為解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構，以達到控溫精度高，穩(wěn)定性好，操作簡便、降低制造成本的目的。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術解決方案是提供一種高溫蠕變持久試驗機的 PLC溫控結構，其中該溫控結構包括有依次電連接的熱電偶、包括熱電偶輸入模塊及中央處理器的PLC、固態(tài)繼電器；所述熱電偶將采集的溫度信號通過補償導線傳送到熱電偶輸入模塊中，熱電偶輸入模塊將采集到的模擬量數(shù)據(jù)信號轉換成數(shù)字量的信號傳送到中央處理器中；中央處理器通過在內部的程序判斷來控制固態(tài)繼電器。所述中央處理器為帶有14個開關量輸入10個具備晶閘管輸出方式的開關量輸出的CPU2M模塊。所述熱電偶模塊為4路輸入的EM231CN模塊。本實用新型的效果是使用該溫控結構可以實現(xiàn)控溫精度高，穩(wěn)定性好，在較長的實驗期間內溫度控制精度保持在士0.3度之內；升溫時超調量控制在2度以內。同時使高溫蠕變、持久試驗機具有整體性，邏輯控制和溫度控制的所有控制裝置均集合在試驗機內， 試驗機外部只需要引進電源和通訊輸出線；由于溫控裝置安裝在試驗機箱體內因此大大縮短了熱電偶補償導線，這樣降低成本并減少信號的衰減；由于溫度和邏輯控制均采用了 PLC控制，所以與上位機的通訊較傳統(tǒng)的溫控器通訊方式更加方便和經濟；PLC溫度模塊自帶熱電偶冷端補償，取消了傳統(tǒng)溫控方式對溫度的補償；PLC溫度控制還取消了控制室內儀表溫度控制柜，占地面積大大縮小，明顯降低成本。

圖1為本實用新型高溫蠕變持久試驗機的溫控結構的PLC硬件結構；圖2-1為本實用新型高溫蠕變持久試驗機的PLC與負載的硬件結構；
3[0013]圖2-2為圖2-1的固態(tài)繼電器線圈放大圖；圖3為本實用新型高溫蠕變持久試驗機的PLC與上位機的硬件結構；圖4-1、4-2、4_3均為本實用新型高溫蠕變持久試驗機的溫控應用實例效果圖。圖中a、上端熱電偶b、中端熱電偶C、下端熱電偶d、工件具體實施方式
結合附圖及實施實例對本實用新型的高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構加以說明。本實用新型的高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構，該溫控結構包括有依次電連接的熱電偶、熱電偶輸入模塊、中央處理器、固態(tài)繼電器；所述熱電偶將采集的溫度信號通過補償導線傳送到熱電偶輸入模塊中，熱電偶輸入模塊將采集到的模擬量數(shù)據(jù)信號轉換成數(shù)字量的信號傳送到中央處理器中；中央處理器通過在內部的程序判斷來控制固態(tài)繼電
ο所述中央處理器為帶有14個開關量輸入10個具備晶閘管輸出方式的開關量輸出的CPU2M模塊，所述熱電偶模塊為4路輸入的EM231CN模塊。在高溫蠕變、持久試驗機上使用該溫控結構的功能是這樣實現(xiàn)的①、PLC硬件結構圖1是西門子PLC S7-200系列硬件連接結構示意圖。CPU2M是帶有14個開光量輸入10個開關量輸出的，具備晶閘管輸出方式的中央處理器，其中的模擬量輸入模塊是選擇EM235，12位模數(shù)轉換，不僅滿足高溫蠕變、持久設備調平系統(tǒng)的邏輯控制需要，而且具備了對加熱系統(tǒng)頻繁啟動控制的要求；熱電偶輸入模塊是EM231CN，4路輸入，具有斷線檢測功能和專門的冷端補償電路，不用定時人為進行修正；利用正負500毫伏滿足蠕變試驗的位移變化，改變傳統(tǒng)的測量溫度方式，便于數(shù)據(jù)采集。②、PLC與負載的硬件連接，如圖2-1、圖2-2所示，三個K型熱電偶a、熱電偶b、熱電偶c分為“上”、“中”、“下” 捆綁在被試驗的工件d上，并連接到PLC的熱電偶輸入模塊，通過模擬量輸入模塊的12位模數(shù)轉換，再通過PLC程序對三個溫度回路進行PID閉環(huán)調節(jié)，PLC在內部通過程序判斷的開關量輸出模塊分別對三個固態(tài)繼電器kl、k2、k3控制，從而控制相應段加熱爐絲的通斷， 達到高精度的溫度控制。③、熱電偶與PLC的硬件連接，熱電偶與PLC的硬件連接表示PLC通過熱電偶采集高溫蠕變、持久設備加熱爐內的溫度，通過補償導線把得到的信號傳送到熱電偶輸入模塊中；熱電偶輸入模塊將采集到的模擬量數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字量的形式傳送到中央處理器CPU中；中央處理器CPU在內部通過程序判斷來控制固態(tài)繼電器；通過以上步驟來完成對其加熱爐進行溫度控制。由于PLC安裝在試驗機箱體內，因此大大縮短了熱電偶補償導線，這樣降低成本并減少信號的衰減。④、PLC溫度控制結構與上位機的硬件結構，如圖3所示，工控機A與工控機B是通過軟件實現(xiàn)相互備用，防止一臺電腦出現(xiàn)
4故障后出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失給試驗帶來影響。工控機與PLC之間是通過DP總線的形式把每一臺設備連接起來，實現(xiàn)PLC與工控機之間數(shù)據(jù)的交換；從而實現(xiàn)了對每一臺設備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)的采集。如天津鋼管公司鋼研所的42臺高溫蠕變、持久試驗機的改造項目中，24臺PLC S72001#、S72002#、以至S72004^i，實現(xiàn)PLC與工控機之間數(shù)據(jù)的交換；從而實現(xiàn)了對每一臺設備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)的采集。本實用新型的高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構是將捆綁在工件上的三個K型熱電偶、熱電偶、熱電偶連接到熱電偶模擬輸入模塊，模塊內部通過15位模數(shù)轉換芯片轉為數(shù)字量，再通過PLC程序進行三個回路的控制，三個溫度回路獨立閉環(huán)調節(jié)，分別通過固態(tài)繼電器控制相應段加熱爐絲，最終達到分別控制試樣上中下不同部位溫度，使試樣上的溫度趨于一致的效果。試驗工件d的上、中、下溫度設定可通過操作畫面直接設定給PLC，并通過PLC調節(jié)相應段加熱絲，即加熱爐上段加熱絲、加熱爐中段加熱絲、加熱爐下段加熱絲的通斷來保證實驗工件的溫度，而且工件溫度也通過顯示器畫面顯示出來。溫度上下限超限時報警，既可通過畫面報警又可有現(xiàn)場報警。升溫、保溫過程曲線圖形實施例如圖4-1、4-2、4_3所示，主坐標代表溫度、橫坐標代表時間、次坐標是輸出功率百分比，SP表示設定溫度值、PVl表示上端溫度值、PV2表示中端溫度值、PV3表示下端溫度值。從此曲線圖上可以看出，在溫度分別設定在200°C、50(TC、 900°C時，上、中、下溫度的超調量基本在1度附近。在通過一周期穩(wěn)定后，溫度保持在設定值士 0.5°C附近震蕩。
權利要求1.一種高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構，其特征是該溫控結構包括有依次電連接的熱電偶、包括熱電偶輸入模塊及中央處理器的PLC、固態(tài)繼電器；所述熱電偶將采集的溫度信號通過補償導線傳送到熱電偶輸入模塊中，熱電偶輸入模塊將采集到的模擬量數(shù)據(jù)信號轉換成數(shù)字量的信號傳送到中央處理器中，中央處理器通過在內部的程序判斷來控制固態(tài)繼電器。
2.根據(jù)權利要求1所述的高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構，其特征是所述PLC的中央處理器為帶有14個開關量輸入10個具備晶閘管輸出方式的開關量輸出的CPU2M模塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構，其特征是所述熱電偶輸入模塊為4路輸入的EM231CN模塊。
專利摘要本實用新型提供一種高溫蠕變持久試驗機的PLC溫控結構，該溫控結構的熱電偶將采集的溫度信號傳送到PLC的熱電偶輸入模塊中，熱電偶輸入模塊將采集到的模擬量數(shù)據(jù)信號轉換成數(shù)字量的信號傳送到中央處理器中；中央處理器通過在內部的程序判斷來控制固態(tài)繼電器。本實用新型的效果是使用該溫控結構可以實現(xiàn)控溫精度高，穩(wěn)定性好，在較長的實驗期間內溫度控制精度保持在±0.3度之內；升溫時超調量控制在2度以內。同時使高溫蠕變、持久試驗機具有整體性，邏輯控制和溫度控制均由PLC完成，且所有控制裝置均集合在試驗機內，大大縮短了熱電偶補償導線，降低成本并減少信號的衰減；由于溫度和邏輯控制均采用了PLC控制，與上位機的通訊更加方便和經濟，占地面積大大縮小，明顯降低成本。
文檔編號G05D23/22GK202150060SQ20112022902
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者吳永超, 張炳炘, 彭津生, 李春虎, 楊海旭, 潘媛媛, 王君, 王英, 蘇英群, 董華軍, 謝冠男, 郭瑞清, 韓永明, 高景華 申請人:天津鋼管集團股份有限公司