基于PLC的温度监控系统设计

基于PLC的温度监控系统设计摘要：可编程逻辑限制器(PLC)被研制成大约在1968年。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来限制机器的运行或工艺的工序。PLC通过输入/输出〔I/O〕装置发出限制信号和承受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它开展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很简洁地完成逻辑、依次、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动限制。特殊是超大规模集成电路的快速开展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯实力，从而更广泛地应用于众多行业。本文所涉及到的温度监控系统能够监控现场的温度，并且能够现场限制和通过计算机限制。关键词：PLC编程语言温度DesignofthetemperaturesupervisorysystembasedonPLCAbstract:Theprogrammablelogiccontroller(PLC)wasdevelopedin1968.PLCisasolid-statedeviceusedtocontrolmachinemotionorprocessoperationbymeansofastaredprogram.ThePLCsendsoutputcontrolsignalsandreceivesinputsignalsthroughinput/out(I/O)devices.PLCdesignisforbadindustrialenvironmentaluse.Becauseofthecomprehensivecomputerandautomatictechnology，makeitsdevelopmentchangewitheachpassingday，exceedtheengineeringlevelwhileitappearsgreatly.Itcanfinishlogic，order，timing，count，digitaloperation，dataprocessing，etc.functionveryeasily，andcanestablishwithallkindsofconnectionwithanalogquantityofamountofmechanicalfigureproducedthroughtheinput-outputinterface，thusrealizetheautomaticcontroloftheproductionprocess.Especiallytherapiddevelopment，information，arrivalofcybertimesoftheverylargescaleintegration，expandedthefunctionofPLC，makesithaveverystrongnetworkingcommunicationability，thuswidelyapplytonumeroustradesevenmore.Thetemperaturesupervisorysystemthatthispaperisconcernedwithcanthetemperatureofmonitoringsend，andcanthecontrolon-the-spotwithcontrolthroughcomputer.Keywords：PLCProgramminglanguageTemperature1引言在生产过程，科学探讨和其他产业领域中，电气限制技术应用特别广泛。在机械设备的限制中，电气限制也比其他的限制方法运用的更为普遍。随着科学技术日新月异的开展，特殊是大规模集成电路问世和微处理技术的应用，在1969年美国DEC公司研制出第一台可编程限制器，用在GM公司生产线上的获得胜利。其后日本、德国等相续引入，可编程限制器快速开展起来。可编程限制器〔PLC〕，使电气限制技术进入了一个崭新的阶段。因此可编程限制器广泛应用工业限制中，PLC系统能够监控反响的温度，就是PLC的一个典型应用。可编程限制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。它采纳可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、依次限制，定时、计数和算术等操作的指令，并采纳数字式、模拟式的输入和输出，限制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化限制领域的主战场，为各种各样的自动化限制设备供应了特别牢靠的限制应用。它能够为自动化限制应用供应平安牢靠和比拟完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的须要。进入20世纪80年头，由于计算机技术和微电子技术的快速开展，极大的推动了PLC的开展，使的PLC的功能日益增加。如PLC可进展模拟量限制、位置限制和PID限制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC如虎添翼。目前，在先进国家中，PLC已成为工业限制的标准设备，应用面几乎覆盖了全部工业企业。PLC之所以应用广泛，是因为PLC有很多优点，本文涉及的温度监控系统是以PLC为核心的监控系统。本系统的限制是采纳PLC的编程语言——梯形语言，梯形语言是在可编程限制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的根底上加进了很多功能、运用敏捷的指令，使逻辑关系清楚直观，编程简洁，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器限制电路。温度监控系统作为一个应用系统，要不断地完善，适应时代和市场的须要才能有所开展。2.设计要求①PLC系统能够监控反响器的温度。②开场工作时全速加热，到设定值时保温40分钟停顿加热。③通过串行方式在LED上显示3位温度值。④保温过程中温度过高/低时能发出声光报警，声报警能用按钮手动解除，光报警在正常时自动解除。⑤通过通信方式传送给监控电脑，监控电脑能检测对象的参数、状态。基于以上的要求，所设计的系统必需有以下构造模块：温度传感器单元、参数的LED串行显示单元、PLC模拟量转换单元、电脑监测单元。3.系的构造温度监控系统是将温度通过温度传感器传送到A/D模块，A/D模块将温度转换为数字量，再传送到PLC。其传送主要是通过PLC的指令，指令限制局部是接收外部各种限制信号，并完成对各种信息的处理以及完成对外部设备的限制。PLC与外部设备的连接主要是通过I/O口，其功能是接收输入信号，传出输出信号。整个系统包括：PLC、A/D模块、显示电路。系统原理框图如图1所示。温度传感器温度传感器加热单元显示电路FP0A21电脑图13.1PLC类型的选择目前，各个厂家生产的PLC其品种、规格及功能都各不一样。由于本设计的须要我选择了日本松下电工公司的FP系列PLC，既FP0。FP0是超小型PLC，之所以选择松下公司生产的PLC，是因为其产品特点有以下三个特点：〔1〕丰富的指令系统，有将近200条指令〔2〕有强大通信功能。〔3〕CPU处理速度快3.2温度传感器3.2.1温度传感器的类型温度传感器有热电偶和热电阻两种类型。3.2.2类型的选择在选择温度传感器时依据不同的场合选择类型，本设计由于须要选用PT100温度传感器，铂热电阻PT100是国际温标ITS-90标准中的工业温度测量元件之一，所以利用PT100温度传感器具有肯定的典型性，有利于工作系统的稳定。铂热电阻温度传感器是一种精度高，稳定性好，抗环境干扰实力强等。工作原理铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变更时自身电阻值也随之变更的特性测量温度，显示仪表将会指示出铂电阻的电阻值所对应的温度值。当被测介质存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。.4主要技术指标〔1〕绝缘电阻：常温绝缘电阻的试验电压可取直流10～100V，随意值。〔2〕热响应时间：在温度出现阶跃变更时，热电阻的电阻变更到相当于该阶跃变更的50%所需的时间，称为热响应时间，用τ0.5表示。〔3〕公称压力：一般是指在工作温度下，爱护管所能承受的静外压力而不裂开。3.3A/D模块及其温度限制编程与FP0配接的A/D混合模块的型号为A21，在实际应用中往往须要通过模拟量所采集的值，对执行机构进展限制。3.3.1A/D模块的介绍A21模块有2个模拟量输入通道：CH0、CH1。占用I/O通道分别为：CH0-----WX2〔模拟量输入通道〕；CH1-----WX3〔模拟量输入通道〕依据本系统的要求应选择CH0通道。由于A21的输出数据是十进制的，也就是说DT0中的数据是十进制的，那么必需将温度25度转换为相应的十进制才可以比拟，即数据转换的问题。可通过以下计算思路，得出温度与相对应的十进制值的关系。温度传感器的输出信号为0～20mA的电流值，对应于0度～100度的温度，温度与电流是线性的，那么有：Y1=5x1+2其中y1代表温度值，x1代表电流值，依据以上数据转换图表，当输入4—20mA时，温度值与十进制存在以下关系：k2=200x2—1000，且x2=20MA，k2=4000那么有温度值和十进制的关系如下：(Y1-2)/5=k2/200其中y1和k2分别代表温度值和十进制值。当温度值为40℃时，对应的十进制是1520，依据以上分析，我们可计算出随意模拟量输出的物理量与计算机所能处理的十进制之间甚至二进制的关系，从而为计算机与物理量数据的交互供应了一个通道。在本文的应用中，通过PLC模拟单元对数据的转换和传递，实现了实时模拟值与需求值不断比拟，直到到达需求值时所应执行的动作。因此在程序中用K1520与DM0中的数据比拟；用CMP指令实现，同时产生一个标记。但在本文应用中须要留意两点：一是由于PLC采纳的扫描工作方式，存在着扫描时间，因此所采集的值到执行件执行时模拟值已发生变更，同时，假设我们用CMP指令时，取值一般是小于等于或大于等于这个结果，因为PLC运行时，CPU只能分时的一个一个操作地执行，那么模拟值等于需求值同时又在执行CMP的指令的概率就很小，极其简洁导致死循环。因此我们用以上介绍的方法时，应用在执行元件取值的范围允许大于PLC一个扫描周期内模拟值变更的状态。3软件编程的思路在程序开场时，首先要将设定值写入输出通道，以便进展A/D转换，用第一次循环标记R9012执行。PLC上电后，须要约100ms开场进展A/D转换，为了使数据完全转换，在程序开场时，延时200到300ms后再从通道中用MOVE指令读出数据。该指令用于从模拟I/O单元读取数据，并把数据传送至目的存放器中。经过A-21将温度的值输入PLC内部后，可以通过DT0值执行动作。这里介绍一下在温度为25度时停顿加热。为实现这样的功能我们的思路是：温度为25度作为一个标准值，拿这个值与DT0中的值不断的比拟，直到DT0中的值等于25度，DT0中的值为25度产生一个标记，在R900B为ON后，表示温度已到达设定值，可执行相应的动作处理。3.4显示电路在工业限制、仪器仪表、图形显示和邮电及其它行业的窗口广告显示系统中，须要有一种LED显示驱动电路。从目前的LED显示驱动电路来看，普遍采纳一种定时或中断限制方式要占据一局部时间。然而对实时性很强的工控系统来说该方法就显得不太相宜。当限制的回路数很多时，冲突尤为突出。本系统的显示局部采纳PS7219显示驱动器，因为PS7219有很多优点。3.4.1PS7219简介PS7219是Maxim公司生产的高性能，低价格的8位LED〔或64只独立的LED〕显示驱动器，它采纳同步串行外设接口〔PS1〕。仅需PLC的三个限制信号即可与任何一种单片机便利接口。事实上只要符合其接口逻辑。PA7219同样可应用PLC，不管显示多少位数据。均只占用PLC三个接口，大大便利了显示电路，从而大大节约了PLC的端口资源并可在产品设计中使ＬＥＤ显示电路简洁化。3.4.2PS7219的主要特点：串行接口信号频率可达１０ＭＨｚ。可独立限制ＬＥＤ各段。可选择编码或非编码方式。在关断方式下，显示数据不变更，维持电流仅１５０μＡ。可用数字和模拟两种方式限制显示亮度。内含８×８双端口静态ＲＡＭ。可干脆驱动共阴极ＬＥＤ显示器。串行数据传送格式表1中，串行数据共有16位。其中Ｄ7～Ｄ0为数据位，Ｄ11～Ｄ8为要写入该数据的存放器地址，Ｄ15～Ｄ12是无关位(可为随意数)。表1D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0无关位地址数据通讯时序图数据发送按由高到低的原那么，首先发送Ｄ15，最终发送Ｄ0。发送到ＤＩＮ端的串行数据在每个ＣＬＫ的下降沿被移入到内部16位存放器中。在ＬＯＡＤ的上升沿，最终接收到的8位数据被锁存到对应地址的数字或限制存放器中。ＬＯＡＤ必需在锁存Ｄ0的时钟下降沿同时或之后，但在下一个时钟下降沿之前变高，否那么数据将会丢失。PS7219数字与限制存放器PS7219内部共有统一编址的8位存放器15个，分8个数字存放器和7个限制存放器，它们均可单独干脆寻址，这样就可对单个数据或限制字进展更新。数字存放器地址01Ｈ～08Ｈ，对应ＬＥＤ1～ＬＥＤ8。不译码时，Ｄ6～Ｄ0分别对应标准7段显示器的Ａ～Ｇ，正逻辑显示。译码时，Ｄ3～Ｄ0为显示数据的ＢＣＤ码。无论译码与否，Ｄ7为1，那么该位小数点显示。译码方式存放器地址09Ｈ，Ｄ0～Ｄ7对应ＬＥＤ1～ＬＥＤ8，正逻辑译码。例如Ｄ0为1，那么ＬＥＤ1工作在译码方式。亮度限制存放器地址0ＡＨ，Ｄ3～Ｄ0分32档限制亮度，0000Ｂ全熄，1111Ｂ最亮。Ｄ7～Ｄ4未用。3.4.5.4扫描界限存放器地址0ＢＨ，由Ｄ2～Ｄ0内容设置所显示数据的多少，可从1到8。例如111Ｂ限制8个ＬＥＤ全部显示。掉电模式存放器地址0ＡＨ，Ｄ0=0，ＰＳ7219工作于掉电模式，此时扫描振荡器停顿工作，ＣＯＮ引脚将置高，显示器不显示，功耗降到最低。在数据和限制存放器中的数据保持不变。掉电模式可被任何限制功能取消。3.4.5.6闪耀限制存放器地址0ＤＨ，Ｄ0～Ｄ7对应ＬＥＤ1～ＬＥＤ8，正逻辑闪耀(即为1时，对应位闪耀)。非工作存放器地址00Ｈ，用于ＰＳ7219级联。此时把全部器件的ＬＯＡＤ输入连接在一起，而把ＤＯＵＴ连接到相邻ＰＳ7219的ＤＩＮ上。例如，假如要对第3片芯片写入时，先发送所需的16位字，然后跟二个16位非工作代码×0××Ｈ。当ＬＯＡＤ变高时数据被锁存在全部器件中，前二个芯片接收的是非工作指令，而第3个芯片那么接收到预期的数据。在起始上电时，全部限制存放器被复位为00Ｈ，此时显示器不显示。因此用户在初始化阶段至少应进展译码、亮度及扫描线限制存放器的编程，保证ＰＳ7219能正确显示。4.软件编程本系统采纳调用子程序方式对ps7219进展限制，传送１６位数据的地址位和数据位。在主程序中对ps7219的初始化。包括：译码方式存放器、显示亮度存放器、扫描个数存放器等。显示程序事实上就是在CLK和LOAD时序的协作下不断通过DIN向ps7219的相应限制存放器和数据显示存放器写入16位二进制数据的过程。所以问题的关键在于编写一个通用的写入子程序将CPU的内容从高位到低位在CLK的作用下依次移入到ps7219的移位存放器，最终在LOAD的上升沿锁存到相应的内部限制存放器和数据显示存放器