王炳琴黃志源王炳莉

（1.樂山職業(yè)技術(shù)學院，四川 樂山 614000；2.華電鄭州機械設(shè)計院有限公司，河南 鄭州 450000；3.華能日照電廠，山東 日照 276800）

PLC智能恒溫控制系統(tǒng)在內(nèi)爬塔機液壓頂升系統(tǒng)中的應(yīng)用

王炳琴1黃志源2王炳莉3

（1.樂山職業(yè)技術(shù)學院，四川 樂山 614000；2.華電鄭州機械設(shè)計院有限公司，河南 鄭州 450000；3.華能日照電廠，山東 日照 276800）

為了實現(xiàn)內(nèi)爬塔式起重機液壓油箱的恒溫智能控制，本系統(tǒng)采用傳感器、PLC和加熱器、冷卻器實現(xiàn)對系統(tǒng)溫度的監(jiān)控和調(diào)整。該系統(tǒng)采用傳感器實時監(jiān)測油箱的溫度，PLC將測得的溫度值與預先設(shè)定的最佳工作溫度范圍進行比較，若溫度在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，PLC控制液壓泵站電機工作，實現(xiàn)塔機的頂升；若高于或低于設(shè)定的溫度范圍，則控制冷卻器或加熱器工作，以降低或升高油溫。同時，在液壓油箱內(nèi)安裝與油箱容積匹配的加熱器和冷卻器，使內(nèi)爬塔式起重機液壓系統(tǒng)的工作溫度恒定，頂升工作性能穩(wěn)定。另外，由于該裝置簡單、易操作，且可設(shè)定的溫度范圍大，傳感器對溫度變化的反應(yīng)靈敏度高，在多種需要進行恒溫控制的工業(yè)裝置中都可以推廣應(yīng)用。

PLC；智能恒溫控制系統(tǒng)；加熱器；冷卻器

目前在生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域?qū)銣乜刂葡到y(tǒng)的需求量非常大，PLC控制系統(tǒng)以其可靠性高，功能完善，適用性強、系統(tǒng)設(shè)計簡便，易于改造等諸多優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于各種場合。本系統(tǒng)采用的智能恒溫調(diào)控系統(tǒng)[1]是基于PLC的模擬輸入功能和溫度傳感器PT100的實時測溫功能而設(shè)計的。溫度傳感器PT100的阻值隨溫度呈線性變化，在0℃時阻值為100Ω，由PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊自動完成對其電阻進行測量即可得到傳感器處的溫度。然后PLC根據(jù)傳感器處的溫度與設(shè)定溫值比較，通過控制加熱或冷卻設(shè)備工作，實現(xiàn)智能恒溫控制。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能實現(xiàn)容易，經(jīng)過簡單的改變就能夠適用于不同的工作要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 PLC智能恒溫控制裝置介紹

1.1 操作面板

該系統(tǒng)控制柜操作面板如圖1所示，上方的數(shù)碼管顯示溫度傳感器處的溫度值，下方的數(shù)碼管顯示設(shè)定的最佳溫度值，下方數(shù)碼管的右側(cè)是滑動變阻器旋鈕，用于設(shè)定最佳的溫度控制值。當傳感器處反饋的溫度值高于或者低于當前設(shè)定的溫度值時，PLC控制冷卻器或加熱器工作，以此實現(xiàn)液壓油溫的恒溫智能控制。面板上的指示燈共有四個（一個紅色，三個綠色），其中，第一個紅色指示燈顯示電源通、斷狀態(tài)，從左到右第二個、第三個和第四個綠色指示燈依次顯示在不同溫度條件下加熱器、冷卻器及液壓泵站電機的動作狀態(tài)。最下面一行是兩個控制按鈕，左邊是開始按扭，當控制柜通電后需按下開始按鈕，PLC才開始工作；右邊是停止按鈕，停止按鈕，不自鎖，按下后PLC不工作，但是控制柜不斷電，要斷電只能控制柜電源插頭。

圖1 操作面板

圖2 內(nèi)部接線圖

1.2 內(nèi)部接線圖

控制柜下方有兩個接線端子，一個接控制柜電源插頭，一個接溫度傳感器PT100，將這兩條線從柜子底下的方孔引出，然后合上柜子的控制面板蓋，就可以通電了。

1.3 PLC恒溫控制裝置的工作原理

該裝置的主要功能是采集溫度并且讀入PLC系統(tǒng)中，采用比較簡易的控制算法。當按下開始按鈕后，PLC開始執(zhí)行讀取溫度和控制加熱器、制冷器及液壓泵站電機起動或停止三個輸出的程序。通過旋轉(zhuǎn)滑動變阻器設(shè)定最佳的工作溫度范圍，在內(nèi)爬塔機頂升工作過程中，將傳感器的感溫頭放置于液壓油箱中，實時監(jiān)測油箱內(nèi)液壓油的溫度，并即時將信號反饋至PLC，此時，工作面板上的數(shù)碼顯示管實時顯示液壓油的當前溫度。同時，PLC對反饋輸入的液壓油溫度值與預先設(shè)定的最佳工作溫度范圍進行比較，若此時液壓油溫處于最佳的工作溫度范圍內(nèi)，PLC控制液壓泵站電機連續(xù)工作，若傳感器反饋的溫度超出了最佳的工作溫度范圍，PLC將啟動加熱器或冷卻器對液壓油進行升溫或降溫處理。

2 PLC智能恒溫控制系統(tǒng)的控制原理[2]

2.1 液壓油箱自動恒溫控制原理圖

油溫自動恒溫控制原理如圖3所示。在液壓系統(tǒng)剛開始工作或液壓油溫度過低(T＜T1)時，PLC控制器接收到傳感器反饋的溫度信號T1，控制KM1閉合，接通加熱器，對油液進行加熱。當油溫T達到T1時，PLC控制器接收到的T1信號消失，控制KM1斷開，停止加熱。當油溫達到T＞T3時，PLC控制器接收到傳感器反饋的溫度信號T3，控制KM3接通，接通冷卻器。當溫度達到T2（T1＜T＜T3）時，PLC控制器接收到傳感器反饋的溫度信號T2，控制KM2接通，接通液壓泵站電機，液壓油從高壓油管口流出，流入液壓油缸無桿腔，使活塞桿向下伸出，開始爬升。

圖3 自動恒溫控制原理圖

2.2 程序基本原理

程序開始后，按下X0起始按鈕（其中，X0起始按鈕為常開觸點），M0中間繼電器閉合。本程序采用臺達PLC的模擬輸入功能。模擬輸入寄存器為D1110，D1111。其中D1110為溫度反饋值，D1111為設(shè)定值。

當D1111大于等于D1110時，Y0輸出。反之，當D1111小于D1110時，Y1輸出。X1為停止按鈕，為常閉觸點，X1斷開后，M0中間繼電器結(jié)束自鎖。

2.3 梯形圖

如圖4所示。

圖4 梯形圖

3 液壓油箱制熱、制冷結(jié)構(gòu)工作原理

液壓系統(tǒng)在工作時，其壓力損失和機械損失等都會轉(zhuǎn)化為熱能而使液壓油升溫，而當外界環(huán)境溫度很低時，又會使油溫過低。油溫的變化會導致液壓油的黏度變化，從而導致液壓元件的壽命降低及機械系統(tǒng)運動不穩(wěn)定。液壓油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。因此，在開發(fā)內(nèi)爬塔式起重機液壓系統(tǒng)的PLC智能恒溫控制裝置的同時，也對原來的液壓油箱[3]進行了相應(yīng)的改進，不僅在油箱內(nèi)安裝了很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等，而且還對油箱的容積也進行了改造，使油箱容油量與制熱器、制冷器相匹配，達到最好的使用效果。

3.1 加熱器

本系統(tǒng)油箱加熱器采用加熱管對液壓油進行加熱。加熱管適用于加熱空氣、油、水、化學介質(zhì)、熱壓模，熔化鹽、堿及低熔點合金等。具有熱效率高、使用壽命長、機械強度高、安裝方便、安全可靠等特點，加熱管可以根據(jù)油箱容積大小選擇合適的型號。

3.2 冷卻器

本系統(tǒng)油箱冷卻器的工作原理與電冰箱的工作原理相同，工作時氣態(tài)制冷劑通過壓縮機被壓縮成高溫高壓的氣體后進入冷凝器，冷凝器將高溫高壓的氣態(tài)制冷劑換熱成低溫高壓的液態(tài)制冷劑。液態(tài)制冷劑再通過毛細管，此時，制冷劑壓力降低，溫度繼續(xù)下降，成為氣液兩相后再進入蒸發(fā)器，制冷劑在蒸發(fā)器中換熱氣化成為高溫低壓的氣態(tài)制冷劑，然后再回到壓縮機內(nèi)繼續(xù)循環(huán)。

本系統(tǒng)采用這種冷卻器，最大的優(yōu)勢是制冷速度快，溫度降低明顯，大大縮短了液壓油降溫的時間，相比較其他方式的冷卻方式，冷卻效果好。而且，這種冷卻器的生產(chǎn)成本較低，加工制作方便。

4 PLC恒溫智能調(diào)控系統(tǒng)在內(nèi)爬塔式起重機中的應(yīng)用

內(nèi)爬塔式起重機對液壓頂升系統(tǒng)的性能要求很高，但由于塔機工作過程中負載大，環(huán)境溫度相差大等因素，導致液壓系統(tǒng)在頂升過程中液壓油溫度變化大，使液壓油溫度過高或過低，從而使頂升過程無法順利完成。如果能為每臺內(nèi)爬塔式起重機配備一套液壓智能調(diào)控系統(tǒng)，將大大改善塔機的工作性能和可靠性。

僅從樂山立安建設(shè)機械有限責任公司一家專業(yè)內(nèi)爬塔式起重機生產(chǎn)廠家來看，目前生產(chǎn)的內(nèi)爬塔機從40噸·米到450噸·米，共有20多種型號規(guī)格，近幾年產(chǎn)品銷量可達到年產(chǎn)數(shù)百臺，每臺內(nèi)爬塔機配備一套新型內(nèi)爬塔機的液壓智能調(diào)控系統(tǒng)，每臺利稅5 000—10 000元，可創(chuàng)造年利稅數(shù)百萬元。另外因為該恒溫智能調(diào)控系統(tǒng)的適用性很強，只需稍作改動就可以應(yīng)用于其他塔機的液壓系統(tǒng)。目前，我國的塔機生產(chǎn)量年產(chǎn)3萬臺以上，如若其中5%～10%配備新型液壓智能調(diào)控系統(tǒng)，其利稅更為可觀。

5 結(jié)論

文中提出的這種PLC智能恒溫調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計簡單，方便實用，且各元器件成本低廉，通過生產(chǎn)試驗發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，適用的溫度變化范圍大，性能可靠。并且該系統(tǒng)的操作簡便，通過簡單的調(diào)節(jié)就可以進行控制，如果要推廣應(yīng)用，只需對相關(guān)配套的加熱器、冷卻器功率及液壓油箱的容積進行相關(guān)的試驗和調(diào)整，就能有效地實現(xiàn)液壓油的智能恒溫控制。經(jīng)后續(xù)的開發(fā)，將能為很多需要進行智能恒溫控制的場合使用。

[1]黃曉林.一種實用型智能恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011（11）：92-96.

[2]李德林，劉明，開發(fā)PLC富余功能實現(xiàn)油箱油溫自動恒溫控制的研究[J].測控技術(shù)，1993（4）：35-38.

[3]李俊義，黃遜偉，孟昭林.大型液壓泵站的油溫自動控制裝置[J].液壓與氣動，1999（03）.

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1003-5168(2014)03-0132-02