PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、電控學(xué)院【監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)】(PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：日期：課題: PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1 工藝過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，為了生產(chǎn)安全或?yàn)榱吮ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于溫度，壓力，流量，成分，速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制，以反復(fù)提醒操作人員注意，必要時(shí)采取緊急措施。溫度是工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。本設(shè)計(jì)以一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明PLC在模擬量信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制中的應(yīng)用問(wèn)題。2 系統(tǒng)控制要求PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的邏輯流程圖如圖所示： 具體控制要求如下： 將被控系統(tǒng)的溫度控制在50度-60度之

2、間，當(dāng)溫度低于50度或高于60度時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)調(diào)整3分鐘后仍不能脫離不正常狀態(tài)，則應(yīng)采用聲光報(bào)警，以提醒操作人員注意排除故障。 系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按紐-啟動(dòng)控制程序，設(shè)置綠，紅，黃3個(gè)指示燈來(lái)指示溫度狀態(tài)。被控溫度在要求范圍內(nèi)，綠燈亮，表示系統(tǒng)運(yùn)行正常。當(dāng)被控溫度超過(guò)上限或低于下限時(shí)，經(jīng)調(diào)整3分鐘后仍不能回到正常范圍，則紅燈或黃燈亮，并有聲音報(bào)警，表示溫度超過(guò)上限或低于下限。在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，溫度信號(hào)經(jīng)變送器變成05V的電信號(hào)（對(duì)應(yīng)溫度0100度），送入4個(gè)模擬量輸入通道。PLC讀入四路溫度值后，再取其平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際值。若被測(cè)溫度超過(guò)允許范圍，按控制算法運(yùn)算后，

3、通過(guò)模擬兩輸出通道，向被控系統(tǒng)送出010V的模擬量溫度控制信號(hào)。PLC通過(guò)輸入端口連接啟動(dòng)按鈕，通過(guò)輸出端口控制綠燈的亮滅，通過(guò)輸出端口控制紅燈的亮滅，通過(guò)輸出端口控制黃燈的亮滅。系統(tǒng)要求溫度控制在50度60度的范圍內(nèi)，為了控制方便，設(shè)定一個(gè)溫度較佳值（本題設(shè)為50度），并以此作為被控溫度的基準(zhǔn)值。另外，還需要設(shè)定輸出控制信號(hào)時(shí)的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)量，正常情況下，輸出基準(zhǔn)量時(shí)被控制溫度接近較佳值。本例設(shè)定的基準(zhǔn)調(diào)節(jié)量相當(dāng)于PLC（輸出6V）。加熱爐一類的溫度控制對(duì)象，其系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性基本上屬于一階滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上可以采用PLD控制或在林算法。由于本系統(tǒng)溫度控制要求不高，為了簡(jiǎn)化起件，本例按P（

4、比例）控制算法進(jìn)行運(yùn)算采樣調(diào)節(jié)周期高為1秒。實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)懶惰控制的過(guò)程包括：PLC投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊輔助繼電器M71產(chǎn)生的初始化脈沖進(jìn)行初始化，包括將溫度較佳值和基準(zhǔn)調(diào)節(jié)存入有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，使計(jì)時(shí)用的兩個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位。按啟動(dòng)按鈕（X500），控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。采樣時(shí)間到，則將待測(cè)的四點(diǎn)溫度值讀入PLC，然后按算術(shù)平均的辦法求出四點(diǎn)溫度的平均值Q。將Q與Qmax（溫度允許上限）比較，若也未低于下限，則說(shuō)明溫度正常，等待下一次采樣。若QQmax，進(jìn)行上限處理：計(jì)算Q與上限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量（比例系數(shù)設(shè)為2），發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（紅燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，

5、則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。當(dāng)采樣溫度低于下限，即QQmax時(shí)，進(jìn)行下限處理：計(jì)算Q與下限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（黃燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。3.控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配控制系統(tǒng)的模塊號(hào),輸入/輸出端子號(hào),地址號(hào),信號(hào)名稱,說(shuō)明如表:模塊號(hào)輸入端子號(hào)輸出端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說(shuō)明CPU2261I0.0總啟動(dòng)開(kāi)關(guān), 按扭1Q0.1加熱器輸出, 加溫2Q0.2紅燈,”1”有效指示燈3Q0.3綠燈, ”1”有效指示燈4Q0.4黃燈, ”1”有效指示燈EM2221I0.1總停止開(kāi)關(guān), 按扭1Q0.5喇叭輸出, ”1”有

6、效聲報(bào)警器EM2351AIW0遠(yuǎn)程電壓輸入12AIW2遠(yuǎn)程電壓輸入23AIW4遠(yuǎn)程電壓輸入34AIW6遠(yuǎn)程電壓輸入41AQW0遠(yuǎn)程電壓輸出1控制系統(tǒng)的序號(hào),名稱,地址,注釋如表:序號(hào)名稱地址注釋序號(hào)名稱地址注釋1總啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0上升沿有效14過(guò)程變量VD032BIT2總停止開(kāi)關(guān)I0.1上升沿有效15設(shè)定值VD432BIT3加熱器Q0.1“1”有效16偏差值VD832BIT4紅燈Q0.2“1”有效17增益VD1232BIT5綠燈Q0.3“1”有效18采樣時(shí)間VD1632BIT6黃燈Q0.4“1”有效19積分時(shí)間VD2032BIT7喇叭Q0.5“1”有效20微分時(shí)間VD2432BIT8遠(yuǎn)程電壓輸

7、入1AIW012BIT21積分前項(xiàng)VD2832BIT9遠(yuǎn)程電壓輸入2AIW212BIT22過(guò)程前值VD3232BIT10遠(yuǎn)程電壓輸入3AIW412BIT23運(yùn)行標(biāo)志M0.0“1”有效11遠(yuǎn)程電壓輸入4AIW612BIT24平均值VD4032BIT12電壓信號(hào)輸出1AQW012BIT25PID輸出VW4012BIT13PID表首地址VB08BIT264.PLC系統(tǒng)選型參照西門子ST-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU222（8/6繼電器輸出）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如

8、圖所示。5.電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖，控制電路圖及PLC外圍接線圖。 1） 主電路圖如圖所示為電控系統(tǒng)主電路。一臺(tái)加熱器為M1。接觸器KM1控制著M1正常運(yùn)行，F(xiàn)R1為加熱器過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QF1為斷路器；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡(jiǎn)單的一般變頻器。2） 控制電路圖 如圖所示， 3） PLC外圍接線圖 6.主程序及梯形圖 1） 主程序OB11.總啟動(dòng)與總停止LD SM0.0A I0.0S Q0.1, 12.正常范圍顯示LD SM0.0AR>= VD40, 2.5S Q0.3, 1S M0.1, 13.調(diào)用子程序0以便控制LD I0.0S M0.0,

9、 1CALL SBR_04.超過(guò)上下限啟動(dòng)定時(shí)器LD M0.0LDR< VD40, 2.5OR> VD40, 3.0ALDA M0.1TON T101, 18005.定時(shí)到還不在規(guī)定范圍內(nèi)則報(bào)警.LD SM0.0A T101LPSAR> VD40, 3.0S Q0.2, 1S Q0.5, 1R Q0.3, 1LPPAR< VD40, 2.5S Q0.4, 1S Q0.5, 1R Q0. 3, 16.正常情況下的指示LD SM0.0A I0.1R M0.1, 1R Q0.1, 1R Q0.2, 1R Q0.3, 1R Q0.4, 1R Q0.5, 12）設(shè)計(jì)PID參數(shù)LD

10、 M0.0MOVR 2.75, VD4MOVR 2.0, VD12MOVR 1.0, VD16MOVR 0.0, VD20MOVR 0.0, VD24MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10ENI3）取實(shí)際溫度變量1. 四溫度傳感器電壓值送內(nèi)存LD SM0.0MOVW AIW0, VW0MOVW AIW2, VW2MOVW AIW4, VW4MOVW AIW6, VW62.溫度實(shí)際電壓值送內(nèi)存LD SM0.0MOVW VW0, VW8+I VW2, VW8MOVW VW4, VW10+I VW6, VW10MOVW VW8, VW12+I VW10, VW12MOVW VW1

11、2, VW14/I +4, VW14ITD VW14, VD404）PID調(diào)節(jié)與輸出1. 得到過(guò)程變量VD0LD M0.0CALL SBR_1MOVD VD40, AC0DTR AC0, AC0/R 32000.0, AC0MOVR AC0, VD02.VB0號(hào)PID表LD SM0.0PID VB0, 03.PID調(diào)節(jié)輸出LD SM0.0MOVR VD8, AC0*R 32000.0, AC0ROUND AC0, AC0DTI AC0, VW40MOVW VW40, AQW七.結(jié)論本文闡述了以PLC為核心的硬件設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中主要使用PLC控制器的控制功能，由于沒(méi)有模擬量轉(zhuǎn)化模塊，所以就PLC

12、與上位機(jī)、下位機(jī)的連接進(jìn)行了分析和研究，同時(shí)詳細(xì)討論了系統(tǒng)所要用到的串口通信方式。考慮到PLC本身的局限性，在數(shù)據(jù)采集時(shí)，通過(guò)RS-232總線連接后傳送給上位機(jī)，并利用監(jiān)控軟件組態(tài)王的監(jiān)控能力，將數(shù)據(jù)在電腦上顯示出來(lái)。本系統(tǒng)通過(guò)將控制系統(tǒng)（PLC）與工業(yè)組態(tài)軟件結(jié)合，完成了對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。這次設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了PLC的編程原理和技巧，同時(shí)對(duì)其發(fā)展、歷史、前景及在我國(guó)發(fā)展的現(xiàn)狀都進(jìn)行了一定的了解。從課本上死板的沒(méi)有靈性的東西，一下產(chǎn)生了活力，恢復(fù)了生機(jī)，使我對(duì)PLC有了較深層次的了解，我想這也就是本次設(shè)計(jì)的初衷吧。八.參考文獻(xiàn)1于海生，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M，清華大學(xué)出版社，19992王兆義.可編程控制器教程.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.103王冬青，可編程序控制器原理及應(yīng)用.人民郵