基于PLC的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、基于plc的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計摘要：可編程邏輯控制器(plc)被研制成大約在1968年。plc是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。plc 通過輸入/輸出（i/o）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于plc綜合了計算機和自動化技術(shù)，所以它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡時代的到來，擴展了plc的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多

2、行業(yè)。本文所涉及到的溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控現(xiàn)場的溫度，并且能夠現(xiàn)場控制和通過計算機控制。 關鍵詞：plc編程語言溫度design of the temperature supervisory system based on plcabstract: the programmable logic controller (plc) was developed in 1968. plc is a solid-state device used to control machine motion or process operation by means of a stared program .the

3、 plc sends output control signals and receives input signals through input/out (i/o) devices. plc design is for bad industrial environmental use. because of the comprehensive computer and automatic technology， make its development change with each passing day， exceed the engineering level while it a

4、ppears greatly. it can finish logic， order， timing， count， digital operation， data processing， etc. function very easily， and can establish with all kinds of connection with analog quantity of amount of mechanical figure produced through the input-output interface， thus realize the automatic control

5、 of the production process. especially the rapid development， information， arrival of cyber times of the very large scale integration， expanded the function of plc， makes it have very strong networking communication ability， thus widely apply to numerous trades even more. the temperature supervisory

6、 system that this paper is concerned with can the temperature of monitoring send， and can the control on-the-spot with control through computer. keywords：plcprogramming languagetemperature1 引言在生產(chǎn)過程，科學研究和其他產(chǎn)業(yè)領域中，電氣控制技術(shù)應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。隨著科學技術(shù)日新月異的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路問世和微處理技術(shù)的應用，在1969年美國d

7、ec公司研制出第一臺可編程控制器，用在gm公司生產(chǎn)線上的獲得成功。其后日本、德國等相續(xù)引入，可編程控制器迅速發(fā)展起來。可編程控制器（plc），使電氣控制技術(shù)進入了一個嶄新的階段。因此可編程控制器廣泛應用工業(yè)控制中，plc系統(tǒng)能夠監(jiān)控反應的溫度，就是plc的一個典型應用。可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。長期以來，plc始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應

8、用。它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。 進入20世紀80年代，由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，極大的推動了plc的發(fā)展，使的plc的功能日益增強。如plc可進行模擬量控制、位置控制和pid控制等，易于實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)。遠程通信功能的實現(xiàn)更使plc 如虎添翼。目前，在先進國家中，plc已成為工業(yè)控制的標準設備，應用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。plc之所以應用廣泛，是因為plc有很多優(yōu)點，本文涉及的溫度監(jiān)控系統(tǒng)是以plc為核心的監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)的控制是采用plc的編程語言梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器

9、的基礎上加進了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路。溫度監(jiān)控系統(tǒng)作為一個應用系統(tǒng)，要不斷地完善，適應時代和市場的需要才能有所發(fā)展。2.設計要求 plc系統(tǒng)能夠監(jiān)控反應器的溫度。開始工作時全速加熱，到設定值時保溫40分鐘停止加熱。通過串行方式在led上顯示3位溫度值。保溫過程中溫度過高/低時能發(fā)出聲光報警，聲報警能用按鈕手動解除，光報警在正常時自動解除。通過通信方式傳送給監(jiān)控電腦，監(jiān)控電腦能檢測對象的參數(shù)、狀態(tài)。基于以上的要求，所設計的系統(tǒng)必須有以下結(jié)構(gòu)模塊：溫度傳感器單元、參數(shù)的led串行顯示單元、plc模擬量轉(zhuǎn)換單元、電

10、腦監(jiān)測單元 。3.系的結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)控系統(tǒng)是將溫度通過溫度傳感器傳送到a/d模塊，a/d模塊將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再傳送到plc。其傳送主要是通過plc的指令，指令控制部分是接收外部各種控制信號，并完成對各種信息的處理以及完成對外部設備的控制。plc與外部設備的連接主要是通過i/o口，其功能是接收輸入信號，傳出輸出信號。整個系統(tǒng)包括：plc、a/d模塊、顯示電路。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。溫度傳感器加熱單元顯示電路fp0a21電腦 圖 13.1 plc類型的選擇目前，各個廠家生產(chǎn)的plc其品種、規(guī)格及功能都各不相同。由于本設計的需要我選擇了日本松下電工公司的fp系列plc，既fp0。fp0是超小型pl

11、c，之所以選擇松下公司生產(chǎn)的plc，是因為其產(chǎn)品特點有以下三個特點：（1）豐富的指令系統(tǒng)，有將近200條指令（2）有強大通信功能。（3）cpu處理速度快3.2 溫度傳感器3.2.1 溫度傳感器的類型溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種類型。3.2.2 類型的選擇在選擇溫度傳感器時根據(jù)不同的場合選擇類型，本設計由于需要選用pt100溫度傳感器，鉑熱電阻pt100是國際溫標its-90標準中的工業(yè)溫度測量元件之一，所以利用pt100溫度傳感器具有一定的典型性，有利于工作系統(tǒng)的穩(wěn)定。鉑熱電阻溫度傳感器是一種精度高，穩(wěn)定性好，抗環(huán)境干擾能力強等。 3.2.3 工作原理鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時

12、自身電阻值也隨之改變的特性測量溫度，顯示儀表將會指示出鉑電阻的電阻值所對應的溫度值。當被測介質(zhì)存在溫度梯度時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。3.2.4主要技術(shù)指標（1） 絕緣電阻：常溫絕緣電阻的試驗電壓可取直流10100v，任意值。（2）熱響應時間：在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電阻的電阻變化到相當于該階躍變化的50%所需的時間，稱為熱響應時間， 用0.5表示。（3）公稱壓力：一般是指在工作溫度下，保護管所能承受的靜外壓力而不破裂。3.3 a/d模塊及其溫度控制編程與fp0配接的a/d混合模塊的型號為a21，在實際應用中往往需要通過模擬量所采集的值，對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。3.3.

13、1 a/d模塊的介紹a21模塊有2個模擬量輸入通道：ch0、ch1。占用i/o通道分別為：ch0-wx2（模擬量輸入通道）；ch1-wx3（模擬量輸入通道）根據(jù)本系統(tǒng)的要求應選擇ch0通道。3.3.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換由于a21的輸出數(shù)據(jù)是十進制的，也就是說dt0中的數(shù)據(jù)是十進制的，那么必須將溫度25度轉(zhuǎn)換為相應的十進制才可以比較，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題?？赏ㄟ^以下計算思路，得出溫度與相對應的十進制值的關系。溫度傳感器的輸出信號為020ma的電流值，對應于0度100度的溫度，溫度與電流是線性的，則有：y1=5x1+2其中 y1 代表溫度值，x1 代表電流值，根據(jù)以上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖表，當輸入420ma時，溫度值與十

14、進制存在以下關系：k2=200x21000，且x2=20ma，k2=4000則有溫度值和十進制的關系如下：(y1-2)/5=k2/200其中y1和k2 分別代表溫度值和十進制值。當溫度值為40時，對應的十進制是1520，根據(jù)以上分析，我們可計算出任意模擬量輸出的物理量與計算機所能處理的十進制之間甚至二進制的關系，從而為計算機與物理量數(shù)據(jù)的交互提供了一個通道。在本文的應用中，通過plc模擬單元對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳遞，實現(xiàn)了實時模擬值與需求值不斷比較，直到達到需求值時所應執(zhí)行的動作。因此在程序中用k1520與dm0中的數(shù)據(jù)比較；用cmp指令實現(xiàn)，同時產(chǎn)生一個標志。但在本文應用中需要注意兩點：一是由于p

15、lc采用的掃描工作方式，存在著掃描時間，因此所采集的值到執(zhí)行件執(zhí)行時模擬值已發(fā)生變化，同時，若我們用cmp指令時，取值一般是小于等于或大于等于這個結(jié)果，因為plc運行時，cpu只能分時的一個一個操作地執(zhí)行，那么模擬值等于需求值同時又在執(zhí)行cmp的指令的概率就很小，極其容易導致死循環(huán)。因此我們用以上介紹的方法時，應用在執(zhí)行元件取值的范圍允許大于plc一個掃描周期內(nèi)模擬值變化的狀態(tài)。3.3.3軟件編程的思路在程序開始時，首先要將設定值寫入輸出通道，以便進行a/d轉(zhuǎn)換，用第一次循環(huán)標志r9012執(zhí)行。plc上電后，需要約100ms開始進行a/d轉(zhuǎn)換，為了使數(shù)據(jù)完全轉(zhuǎn)換，在程序開始時，延時200到30

16、0ms后再從通道中用move指令讀出數(shù)據(jù)。該指令用于從模擬i/o單元讀取數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳送至目的寄存器中。經(jīng)過a-21將溫度的值輸入plc內(nèi)部后，可以通過dt0值執(zhí)行動作。這里介紹一下在溫度為25度時停止加熱。為實現(xiàn)這樣的功能我們的思路是：溫度為25度作為一個標準值，拿這個值與dt0中的值不斷的比較，直到dt0中的值等于25度，dt0中的值為25度產(chǎn)生一個標志，在r900b為on后，表示溫度已達到設定值，可執(zhí)行相應的動作處理。3.4 顯示電路在工業(yè)控制、儀器儀表、圖形顯示和郵電及其它行業(yè)的窗口廣告顯示系統(tǒng)中，需要有一種led顯示驅(qū)動電路。從目前的led顯示驅(qū)動電路來看，普遍采用一種定時或中斷控

17、制方式要占據(jù)一部分時間。然而對實時性很強的工控系統(tǒng)來說該方法就顯得不太合適。當控制的回路數(shù)很多時，矛盾尤為突出。本系統(tǒng)的顯示部分采用ps7219顯示驅(qū)動器，因為ps7219有很多優(yōu)點。3.4.1 ps7219簡介ps7219是maxim公司生產(chǎn)的高性能，低價格的8位led（或64只獨立的led）顯示驅(qū)動器，它采用同步串行外設接口（ps1）。僅需plc的三個控制信號即可與任何一種單片機方便接口。實際上只要符合其接口邏輯。pa7219同樣可應用plc，不管顯示多少位數(shù)據(jù)。均只占用plc三個接口，大大方便了顯示電路，從而大大節(jié)省了plc的端口資源并可在產(chǎn)品設計中使顯示電路簡單化。3.4.2 ps72

18、19的主要特點：l 串行接口信號頻率可達。l 可獨立控制各段。l 可選擇編碼或非編碼方式。l 在關斷方式下，顯示數(shù)據(jù)不改變，維持電流僅。l 可用數(shù)字和模擬兩種方式控制顯示亮度。l 內(nèi)含雙端口靜態(tài)。l 可直接驅(qū)動共陰極顯示器。l 串行數(shù)據(jù)傳送格式表1中，串行數(shù)據(jù)共有16位。其中70為數(shù)據(jù)位，118為要寫入該數(shù)據(jù)的寄存器地址，1512是無關位(可為任意數(shù))。表1d15 d14 d13 d12d11 d10 d9 d8d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0無關位地 址數(shù) 據(jù)3.4.4通訊時序圖數(shù)據(jù)發(fā)送按由高到低的原則，首先發(fā)送15，最后發(fā)送0。發(fā)送到端的串行數(shù)據(jù)在每個的下降沿被移入到內(nèi)部16

19、位寄存器中。在的上升沿，最后接收到的8位數(shù)據(jù)被鎖存到對應地址的數(shù)字或控制寄存器中。必須在鎖存0的時鐘下降沿同時或之后，但在下一個時鐘下降沿之前變高，否則數(shù)據(jù)將會丟失。 3.4.5 ps7219數(shù)字與控制寄存器ps7219內(nèi)部共有統(tǒng)一編址的8位寄存器15個，分8個數(shù)字寄存器和7個控制寄存器，它們均可單獨直接尋址，這樣就可對單個數(shù)據(jù)或控制字進行更新。3.4.5.1 數(shù)字寄存器地址0108，對應18。不譯碼時，60分別對應標準7段顯示器的，正邏輯顯示。譯碼時，30為顯示數(shù)據(jù)的碼。無論譯碼與否，7為1，則該位小數(shù)點顯示。3.4.5.2 譯碼方式寄存器地址09，07對應18，正邏輯譯碼。例如0為1，則1

20、工作在譯碼方式。3.4.5.3 亮度控制寄存器地址0，30分32檔控制亮度，0000全熄，1111最亮。74未用。3.4.5.4 掃描界線寄存器地址0，由20內(nèi)容設置所顯示數(shù)據(jù)的多少，可從1到8。例如111控制8個全部顯示。3.4.5.5 掉電模式寄存器地址0，0=0，7219工作于掉電模式，此時掃描振蕩器停止工作，引腳將置高，顯示器不顯示，功耗降到最低。在數(shù)據(jù)和控制寄存器中的數(shù)據(jù)保持不變。掉電模式可被任何控制功能取消。3.4.5.6 閃爍控制寄存器地址0，07對應18，正邏輯閃爍(即為1時，對應位閃爍)。3.4.5.7非工作寄存器地址00，用于7219級聯(lián)。此時把所有器件的輸入連接在一起，而

21、把連接到相鄰7219的上。例如，如果要對第3片芯片寫入時，先發(fā)送所需的16位字，然后跟二個16位非工作代碼0。當變高時數(shù)據(jù)被鎖存在所有器件中，前二個芯片接收的是非工作指令，而第3個芯片則接收到預期的數(shù)據(jù)。在起始上電時，所有控制寄存器被復位為00，此時顯示器不顯示。因此用戶在初始化階段至少應進行譯碼、亮度及掃描線控制寄存器的編程，保證7219能正確顯示。4.軟件編程本系統(tǒng)采用調(diào)用子程序方式對ps7219進行控制，傳送位數(shù)據(jù)的地址位和數(shù)據(jù)位。在主程序中對ps7219的初始化。包括：譯碼方式寄存器、顯示亮度寄存器、掃描個數(shù)寄存器等。顯示程序?qū)嶋H上就是在clk和load時序的配合下不斷通過din向ps7219的相應控制寄存器和數(shù)據(jù)顯示寄存器寫入16位二進制數(shù)據(jù)的過程。所以問題的關鍵在于編寫一個通用的寫入子程序?qū)pu的內(nèi)容從高位到低位在clk的作用下依次移入到ps7219的移位寄存