基于plc的温度控制系统设计

基于plc的温度控制系统设计

0plc的缺陷模糊不仅具有传统继母控制系统的控制功能，而且可以扩展输入和输出模型，尤其是一些智能的控制模块，形成各种控制系统，并将模型的输入控制与现代控制方法相结合。实现智能控制、封闭环形控制和多控制功能的综合控制。现代PLC以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎,在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用。如塑料挤出机大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制,存在控温精度低、超调量大等缺点,很难满足生产高质量塑料制品的要求。在热处理行业的一些箱式电炉和井式多段温控炉、粉末冶金行业的烧结炉、食品行业的杀菌系统等同样存在类似的现象,用的是指针式仪表和继电器式控制柜,结构复杂,体积大,故障率高,通用性差,控制精度不高。为此,设计了用西门子PLC作控制器,并通过PLC的串行通信口与PC机连接,构成人机接口界面友好、控制功能完善的温控系统。1系统的组成一般PLC温度控制系统有两种设计方案,一种是PLC扩展通用A/D转换模块构成,另一种是PLC扩展专用热电偶温度模块构成。1.1通用a/d转换模块温度传感器采集到的温度信号大都是微弱的模拟电信号,要经过一系列的转换,包括放大、模/数转换、冷端补偿、线性化处理、数字滤波等,才变成计算机能够接收和处理的有效数字信号。在PLC温度控制系统中,可以用通用模拟量输入输出混合模块构成温度采集和处理系统。在这种系统中,由于通用A/D转换模块不具有温度数据处理功能,温度传感器采集到的微弱毫伏电信号不能直接送给PLC的A/D转换模块,必须由外部温度变送器将温度信号进行放大、冷端补偿和线性化处理,再送到A/D转换模块的模入通道转换为规范的数字信号供PLC处理。在S7-200PLC中可以扩展通用A/D转换模块EM235,它是一个4输入/1输出的模拟量混合模块,可以通过DIP配置开关组态为单极性或双极性,设置不同的输入信号,其A/D转换为12位。用这种通用A/D转换模块构成的温度采集和处理系统有两个方面的不足:一是要增加外部变送器;二是12位A/D转换精度不是太高,没有充分发挥PLC高集成度的优势,软硬件设计也较复杂。其优点是可以与其它模拟量采集共用同一个A/D转换模块。系统如图1所示。1.2温度采集及数据处理S7-200PLC的扩展模块中,有集温度采集和数据处理于一身的专用智能温度模块——EM231热电偶模块。在该模块中集成有16位A/D转换器,15位数据加1位符号位,分辨率达0.1℃。数据格式为二进制补码形式,能自动进行线性化处理,有冷端补偿功能。其使用非常方便,只要将热电偶接到EM231的接线端子上,不再需要任何外部变送器或外部电路,一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。EM231热电偶模块可以同时输入4路温度数据用于多路温度的采集,可以连接7种不同类型的热电偶(J、K、E、N、S、T、R)。对常用的K型热电偶(镍铬-镍硅或镍铝),模块标定的有效温度范围为-200.0℃~+1300.0℃,其数字量为温度值乘以10,对应为-2000~13000(F830H~32C8H)。系统如图2所示。2带单独无触点电子开关的线性控制装置采用ac-ssr用扩展热电偶模块EM231构成的PLC温控系统,共接线如图3所示。输入通道中一个热电偶模块最多可以接4个温度传感器热电偶,未使用的输入点必须短接或者并接到其它通道上。输出通道为开关量继电器输出型,在PLC内部就是一个开关。PLC输出点要输出正确的通断控制信号给外部固态继电器。PLC输出电路要接外部电源,正确的接线方法是PLC输出公共端1L接+5V,输出点Q通过一个大电阻接地构成输出回路。从Q点(如Q0.1)输出控制信号,当PLC输出点Q接通时,输出高电平+5V给固态继电器;当PLC输出点Q断开时,输出低电平到固态继电器。固态继电器(SSR)是无触点电子开关,能以低的驱动电压和小的驱动电流控制大负载,是一种典型的用弱电控制强电的开关元件,特别适合于计算机控制。它由输入、隔离和输出等3个部分组成,用光电隔离实现控制回路与负载回路的隔离,提高了系统的抗干扰能力。在温度控制中应选过零型触发、晶闸管输出的交流固态继电器(AC-SSR),同时,固态继电器输入控制回路电源应与PLC输出控制电路电源一致。在S7-200PLC中扩展一个热电偶模块时,4个模拟量输入通道地址分别为AIW0、AIW2、AIW4、AIW6。程序设计用中值数字滤波,采样5次排序后取中值。温度采样中值在PLC存储器的VW304中,VW31放温度设定值。用开关量控制时,采样中值大于设定值输出低电平,固态继电器不通,断电降温,反之通电升温。虽然开关量控制精度不高,但只要采样时间短,能及时输出控制信号,完全能满足一般工业设备对温控的要求。若控温精度要求更高,则可以采用PLC自身具有的PID指令,用PID控制实现。控制输出程序如下:LDSM0.0MOVB10,VB199//准备复制VB200开始的10个字节MOVB10,VB299//准备复制到VB300开始的10个字节单元SCPYVB199,VB299//VB200开始的10个字节复制到VB300开始的10个字节LDW<VW304,VW31//当采样中值小于设定的温度值,Q0.1置1=Q0.1LDW>=VW304,VW31//当采样中值大于设定的温度值,Q0.1置0RQ0.1,13温度显示模块PLC设计的控制系统显示界面比较单调,一般通过观察控制柜上设置的指示灯或PLC本身的LED灯来了解控制仪的状态,对于象温度采集与控制之类的仪器仪表,这种显示界面远远不够。为了弥补PLC显示界面的不足,可以采用LED数码显示器显示或PC机显示。用LED数码显示器显示时,可以选用MAXIN公司生产的LED数码显示器驱动芯片MAX7219,它与控制器采用3线串行接口,只占用PLC3个输出点,可以驱动8个LED数码管,通过级联可以成倍增加扩展数码管的数量,能够满足多段实时温度的显示。PLC扩展了LED数码显示器后可以构成独立完整的温度采集和控制系统,如图4所示。图4中:CLK为时钟输入端,接Q1.1;DIN为串行数据输入端,接Q1.2,串行数据在时钟CLK的上升沿有效;LOAD为加载数据输入端,在LOAD为低时允许数据输入,LOAD由低到高,将已串行输入的数据锁存到MAX7219内部16位移位寄存器。8个段驱动信号SEGA-SEGG和SEGDP接每个显示器的段,8个位选驱动信号DIG0-DIG7分别接显示器的共阴极公共地。MAX7219传送数据都是以16位为数据包,第一个字节为寄存器的地址,第二个字节为命令字或要显示的数据(显示码),高位在前,低位在后输入数据。PLC用V存储器VW0存放16位数据包,VB0放高字节,VB1放低字节,VW0的最高位VB0.7先传,然后VW0左移一位,再传VB0.7,编写一个通用写入子程序,循环16次写入数据包。无论是向MAX7219送命令字还是送显示码,都可以通过调用这个通用写入子程序完成,程序流程如图5所示。西门子PLC有RS485串行通信口,可以用专用PC/PPI通信电缆将其与PC机连接起来,动态显示PC机传送采集的温度数据,还可以通过联网实现一台PC机对多台PLC的网络监控。PC机强大的显示功能和软硬件资源不但起到温控虚拟仪器仪表的作用,而且起到管理机的作用。4pc通信设计4.1plc接收数据S7-200PLC与PC机的数据通信一般采用自由端口通信模式,参数设置为波特率9600bps,每个字符8位数据位,无奇偶校验。采用主从式通信协议,PC机为主机,只有PC机有权主动发送报文。PLC采用报文接收数据,用PLC的接收指令RCV和接收完成中断接收数据。用这种方式需要设置SMB87~SMB94,程序如下:MOVB9,SMB30//通信参数MOVB16#B0,SMB87//报文接收控制参数MOVB16#0A,SMB89//报文结束字符为0AHMOVW+5,SMW90//空闲线时间为5msMOVB10,SMB94//接收的最大字符数为10ATCHINT0,23//报文接收结束中断ATCHINT2,9//发送结束中断ENI//允许中断RCVVB30,0//执行接收指令,接收缓冲区指向VB304.2plc的数据接收程序PC机采用VB编程,主要有监控界面、当前温度显示、动态温度曲线显示、温度数据库管理、参数设置、与PLC通信等方面的设计。通信参数设置与PLC的设置相一致,程序如下:WithMSComm1//通信参数设置CommPort=1//通信口COM1Settings=“9600,n,8,1”//波特率9600bps,无奇偶校验,8位数据位,1位停止位InputLen=2//一次读取2个字节InputMode=comInputModeBinary//二进制数据格式PortOpen=True//打开通信口EndWithPC机采用中断方式接收PLC传来的实时温度,即串口接收到数据,VB通信控件会触发OnComm事件,在OnComm事件程序中接收数据并处理。一个温度数据为16位两个字节,PLC传送采集到的温度数据时,按报文传送方式高字节在前,低字节在后,但PC机接收到的温度数据高低字节正好颠倒了。因此,VB程序要对接收到的数据进