基于PLC的智能溫度控制器的研究

摘 要:介紹了由西門子公司S7-200 系列PLC 構(gòu)成的溫度控制器, 并闡述了VB 環(huán)境下計(jì)算機(jī)與PLC 溫控系統(tǒng)的串行通信技術(shù), 給出了部分程序.通過實(shí)例表明, 該系統(tǒng)可靠性高, 監(jiān)控方便.

關(guān)鍵詞: S7-200 PLC; 溫度控制; VB 串行通信

因?yàn)镻LC具有控制能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn), 成為了當(dāng)今及今后工業(yè)控制領(lǐng)域的主要手段和自動(dòng)化控制設(shè)備.在許多行業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)中, 溫度控制都是要解決的問題之一.在一些熱處理行業(yè), 由于使用簡(jiǎn)單的溫控儀表和溫控電路進(jìn)行控制, 存在控制精度低、超調(diào)量大等缺點(diǎn), 這樣就造成了產(chǎn)品質(zhì)量不高, 能源浪費(fèi)等問題.

基于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的普及性和溫度控制的重要性, 設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC的智能溫度控制系統(tǒng),具有很廣的應(yīng)用空間.同時(shí), 由于PLC具有自身的一些缺點(diǎn), 即數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和管理能力較弱, 不能提供良好的用戶界面, 因此妨礙了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度變化的跟蹤與監(jiān)控, 而計(jì)算機(jī)可以很好的彌補(bǔ)的這一缺點(diǎn).用計(jì)算機(jī)與PLC 組成的主從式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng), 能夠充分發(fā)揮各自在工業(yè)控制中的優(yōu)勢(shì), 實(shí)現(xiàn)分散控制、集中監(jiān)控等全新功能.本系統(tǒng)采用西門子公司S7-200系列PLC, 通過PLC串口通訊與計(jì)算機(jī)連接, 監(jiān)控界面友好, 運(yùn)行穩(wěn)定.

1 PLC溫度控制系統(tǒng)

在鍋爐溫度控制系統(tǒng)中, 電加熱鍋爐是過程控制工業(yè)中常用的設(shè)備, 其溫度控制也是過程控制的一個(gè)重點(diǎn).PLC溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示, PLC 通過加熱棒及風(fēng)扇分別控制爐子的加熱及降溫.計(jì)算機(jī)則實(shí)現(xiàn)目標(biāo)溫度的設(shè)定、動(dòng)態(tài)顯示、參數(shù)的設(shè)定等功能, 從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控.

2 系統(tǒng)構(gòu)成

信號(hào)處理、溫度調(diào)節(jié)等功能.在, 溫一個(gè)溫度控制系統(tǒng)一般具有溫度信號(hào)采集、PLC的溫度控制系統(tǒng)中度信號(hào)的采集可以使用常用的溫度傳感器(熱電偶、熱電阻).由溫度傳感器檢測(cè)來的信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的電壓(電流)信號(hào), 不能直接送給A/D轉(zhuǎn)換模塊.因此溫度傳感器采集到的溫度信號(hào)要經(jīng)過變送器的處理后才能被A/D轉(zhuǎn)換器識(shí)別并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào).根據(jù)所使用的溫度傳感器選用對(duì)應(yīng)的溫度變送器.S7-200系列PLC常用的模擬量輸入輸出混合模塊為EM235, EM235為4路模擬量輸入, 1路模擬量輸出.PLC對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行處理后, 通過模擬量模塊輸出電流信號(hào), 電流信號(hào)可以通過調(diào)壓器來控制電源的開度(即一周期內(nèi)的導(dǎo)通比率), 從而控制電源的輸出功率.加熱器根據(jù)電源輸出功率調(diào)節(jié)加熱強(qiáng)度, 從而達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的效果.其系統(tǒng)如圖2所示.

3 溫度PID控制的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于模擬量信號(hào)的控制PID(比例+積分+微分)算法控制.S7-200 系列PLC有專門的PID回路指令, 對(duì)模擬量進(jìn)行PID控制十分方便.PID指令使用的算法:( n SP 為第n個(gè)采樣時(shí)刻的給定值, n為過程變量值, MX 為積分項(xiàng)值)

PID 指令根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息對(duì)引用LOOP執(zhí)行PID 循環(huán)計(jì)算.在執(zhí)行PID 指令前, 要建立一個(gè)參數(shù)表, 一般要對(duì)表1 中的參數(shù)進(jìn)行初始化處理.