恒温箱的设计小论文_恒温箱的控制设计论文
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恒温箱的设计
师恭鹏
（江西理工大学电气工程与自动化学院，江西，赣州，341000）
摘要：恒温箱将基于PLC设计完成。设计过程中将应用温度传感器、数码显示管、加热装置、冷却水泵、冷却器、储水箱、温度显示、阀门及状态指示部件。恒温系统要求控制恒温箱水温在20～80℃之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温度及显示测试温度。当水温低于设定值时，采用电加热升温。当水温高于设定值时，放出部分热水，启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。本系统以PLC控制器为核心，设计控制系统的硬件电路和软件程序，完成要求的控制任务。关键词：恒温箱；PLC；传感器
The design of the incubator
SHI Gong-peng（SchoolofElectrialEngineeringandAutomation,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,China）
ABSTRACT：The incubator will be based on the PLC design.The design proce will be the temperature sensor, digital display tubes, heating device, cooling motor, coolers, storage tanks, temperature display, valves and status indication components.The thermostat system requirements for the control incubator water temperature between 20-80 ° C set the value.Two digital display tubes were used to display the set temperature and display the test temperature.When the water temperature below the set value, the electric heating to heat up.When the water temperature is higher than the set value, to release some hot water, and start cooling the motor so that flow through the cooler to cool to the water supply to the incubators.This system as the core of the PLC controller, the design of control systems hardware and software program to complete the requirements of control tasks.Keywords: Incubator;PLC;Sensor
0 引言
恒温箱的使用大部分是在实验室、工业、医药中。
在实验室中，特别是生物实验室，我们为了得到更加准确的实验数据，对于恒温实验环境要求严格。所以针对实验室来说，恒温箱的作用显得相当重要，对于我们实验室的研究过程以及研究结果将产生很大的影响。同时更加准确的研究结果对于我们由此产生的试验成果的实际运用产生积极的作用。对于我们的生物、农业、渔业的发展产生巨大的推进作用。
在工业生产中，恒温箱的应用是广泛的，直接产生产品的。所以我们更注重恒温环境的保持，恒温环境的稳定保持对于我们工厂车间的产品以及由此相关的工业生产都是基于恒温环境的后续发展。所以恒温箱的作用在工业中更是处于举足轻重的地位。同时在工业生产过程中我们对于恒温箱的要求也相对更加严格，比如质量的可靠性、恒温箱的维护管理费用、恒温箱的本身价位等，这些对于工业上的批量生产产品的企业都是相当重要的。
在医药方面，医用恒温箱主要用于药品，试剂的储存，运输；疫苗，血液的冷藏保温，透析液的加温，生理盐水的加温等。由以上我们可以明显的看出恒温箱的重要作用。对于医药方面，恒温箱永远处于相当重要的地位。在关系民生的医药行业，药品、试剂、疫苗、血液等是最终要用于民的。所以在关系患者生命健康的这类药品的储存显得尤为重要。所以，恒温箱在实验研究、工业生产、民生工程方面都发挥着重要的作用。恒温箱对于我们国家的科技水平更加高新、国民经济的更加繁荣、民生健康等方面时刻显现着其重要性。总体设计
本次设计恒温箱将基于PLC设计完成。恒温系统要求通过冷热水的各自流通来控制恒温箱内的温度在20～80℃之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温度及显示测试温度。当水温低于设定值时，报警并采用电加热升温。当水温高于设定值时，报警并启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。
由此系统总体设计由控制部分，电源部分，按键部分，温度测量部分，显示部分，加热装置，状态指示灯部分，水泵部分，报警部分组成。基本组成框图如图1所示。
图1 系统模块框图
根据以上系统模块框图，我们要实现以下功能： 第一、开通电源，状态指示灯1亮。
第二、通过按键键入设定温度，数码显示管1显示设定温度。第三、数码显示管2显示恒温箱内的实时温度。
第四、当数码显示管2上显示的温度低于键盘显示板1上的设定温度时，蜂鸣器报警。加热装置加热。水泵2开始运行，状态指示灯3亮，水泵2抽取储水箱2中的热水注入恒温箱的第二组金属管，同时储水箱3中的第二组金属管端口有水流出。
第五、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，加热装置停止工作，水泵2停止工作，状态指示灯3熄灭。
第六、当数码显示管2上显示的温度高于数码显示管1上的设定温度时，蜂鸣器报警，水泵1开始运行，状态指示灯2亮。水泵1抽取储水箱1中的冷水注入恒温箱的第一组金属管，同时储水箱3中的第一组金属管端口有水流出。
第七、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，水泵1停止工作，状态指示灯2熄灭。
1.1 模块选择
（1）利用PLC作为控制器模块。
PLC拥有对于开关量的逻辑控制、模拟量的控制、运动的控制、过程的控制等各种控制功能，并且PLC拥有数据处理、通信及联网的优点。并且PLC可靠性高，易操作，灵活性高，而且PLC对于环境的要求相对较低。
（2）在电源模块的选择采用市电。
市电来源方便，且经稳压管稳压也较可靠，较经济实惠，所以选择AC220V。（3）在控制加热器模块上采用可控硅。
在性能上,可控硅不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态.可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备,如果超过此频率,因元件开关损耗显着增加,允许通过的平均电流相降低,此时,标称电流应降级使用。可控硅的优点很多,例如：以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍；反应极快,在微秒级内开通、关断；无触点运行,无火花、无噪音；效率高，成本低等。
（4）在温度采集模块上选择热电阻传感器。
热电阻材料特性:导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：
①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。②电阻率高，热容量小，反应速度快。
③材料的复现性和工艺性好，价格低。热敏电阻温度特性 ④在测温范围内化学物理特性稳定。
（5）在显示模块上选择LED数码显示管
LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码，采用动态扫描显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，编程容易，资源占用较少。
（6）水泵模块 因为本次所设计的恒温箱体积较小，故此，在选用水泵方面，我们要考虑水泵的功率与体积要适合我们设计。由以上的分析，我们选择微型小水泵。
（7）报警模块 按照设计需求，当恒温箱内的温度超过或者低于设定温度就要报警，报警设施使用蜂鸣器来实现。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。之所以选用蜂鸣器，是因为声音报警的方式比较直观地提醒用户水温已达到设定的温度，蜂鸣器价格低廉，硬件电路设计简单，并且只需要简单的编程就可以实现其报警功能。硬件部分设计
以金属箱体为主体，若干金属管分两组密集分布于箱体内部五个面上（箱体内部左右表面、上下内部表面、后部内布表面）第一组金属管两个接口引出箱体外部，一个端口接上水泵1，然后接入储水箱1，另外一个端口接口放入储水箱3。第二组金属管两个端口同样引出箱体外围，一个端口接上水泵2，然后接入储水箱2，另外一个端口放入储水箱3。温度传感器放入箱体内部并接线至PLC仪器。数码显示管1固定于主体上，并接线至PLC仪器。数码显示管2固定于主体上，并接线至PLC仪器。加热装置置于储水箱2中，并通过开关接线至PLC仪器。水泵1与指示灯2并联，然后与PLC仪器连接。水泵2与指示灯3并联，然后与PLC仪器连接。蜂鸣器与PLC直接相联。指示灯1固定于主体上并接线至PLC仪器。
图2 系统组态图
2.1各个硬件、各个部分的作用
第一组金属管用于降低箱体的温度。其与水泵连接是为了送入冷水来降低恒温箱内的温度。
第二组金属管用于提高箱体的温度。其与水泵连接是为了送入热水来提高恒温箱内的温度。
温度传感器与PLC仪器连接用于时刻检测恒温箱内的温度并传达数据给PLC仪器。数码显示管1固定于主体上，主要是方便显示设定恒温箱的温度。键盘显示板2固定于主体上，主要是显示箱体的实时温度。加热装置置于储水箱2中，并接线至PLC仪器可以在恒温箱内的温度低于设定温度时通过PLC仪器的控制加热储水箱2中的水，并通过水泵2将热水送入第二组金属管中，以此提高恒温箱内的温度。
蜂鸣器用于显示实时温度是否处于设定温度。
状态指示灯1用于显示恒温箱是否处于工作状态。状态指示灯2用于显示是否处于降温阶段。状态指示灯3用于显示恒温箱是否处于升温阶段。系统软件流程图 3.1 软件流程图
根据以上恒温箱的控制要求以及再设计过程中对于各个模块的分析与定义，系统软件设计流程图如图3所示。
图3 系统软件流程图
3.2 主要控制梯形图
第一、开通电源，状态指示灯1亮。
第二、通过按键键入设定温度，数码显示管1显示设定温度。
第三、数码显示管2显示恒温箱内的实时温度。由PLC采集电压数据VD并存入VW38，根据图4公式1以及公式2
图4 PLC 采样电路图
RT=(24-VD)/(VD/10)式（1）T=(RT-100)/0.38 式（2）
得出实时温度。
第四、当数码显示管2上显示的温度低于键盘显示板1上的设定温度时，蜂鸣器报警。加热装置加热。水泵2开始运行，状态指示灯3亮，水泵2抽取储水箱2中的热水注入恒温箱的第二组金属管，同时储水箱3中的第二组金属管端口有水流出。
第六、当数码显示管2上显示的温度高于数码显示管1上的设定温度时，蜂鸣器报警，水泵1开始运行，状态指示灯2亮。水泵1抽取储水箱1中的冷水注入恒温箱的第一组金属管，同时储水箱3中的第一组金属管端口有水流出。
第五、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，加热装置停止工作，水泵2停止工作，状态指示灯3熄灭。
第七、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，水泵1停止工作，状态指示灯2熄灭。结论
系统利用PLC实现了对温度数据的采集、存储、分析、显示、控制等功能的实现。系统运行稳定，并达到预先设定各项指标要求。
参考文献
[1] 吉顺平，孙承志，路明，等．西门子PLC与工业网络技术[M]．北京：机械工业出版社，2008.[2] 梁森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.[3] 张洪润，张亚凡，邓洪敏.传感器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2008.[4] 居里.分析电力工业中的新型红外温度传感器[J].中国光学期.2011,(23):14-17.
