0、引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）已經(jīng)由原來簡單的邏輯量控制，逐步具有了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，PLC占有了很重要的地位，它可以和計(jì)算機(jī)一起組成控制功能完善的控制系統(tǒng)。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。如塑料擠出機(jī)大都采用簡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)，很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的塑料制品。在一些熱處理行業(yè)都存在類似的問題。為此，設(shè)計(jì)了較為通用的溫度控制系統(tǒng)，具體系統(tǒng)參數(shù)或部分器件可根據(jù)各行業(yè)的要求不同來進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)采用羅克韋爾SLC500系列PLC，通過PLC串口通信與計(jì)算機(jī)相連接，界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定。
1、系統(tǒng)構(gòu)成
基于PLC的溫度控制系統(tǒng)一般有兩種設(shè)計(jì)方案，一種是PLC擴(kuò)展專用熱電阻或熱電偶溫度模塊構(gòu)成；另一種是PLC擴(kuò)展通用A/D轉(zhuǎn)換模塊來構(gòu)成。
1.1擴(kuò)展熱電阻/熱電偶模塊
在SLC500控制器擴(kuò)展模塊中，有集溫度采集和數(shù)據(jù)處理于一身的專用智能溫度模塊——熱電阻/電阻信號輸入模塊（1746-NR4）。在此模塊中溫度模擬量產(chǎn)生對應(yīng)的16位A/D數(shù)字值，其對熱電阻變送的溫度信號的分辨率約為1/8度，控制器在數(shù)值處理中可以直接使用模塊的轉(zhuǎn)換值，無需在硬件級電路上作其他處理。熱電阻溫度模塊的使用十分方便，只需要將熱電阻接到模塊的接線端子上，不需要任何外部變送器或外圍電路，溫度信號由熱電阻采集，變換為電信號后，直接送人溫度模塊中。熱電偶/毫伏輸入模塊（1746-NT4）的功能與熱電阻/電阻信號輸入模塊（1746-NR4）類似。
1.2擴(kuò)展通用A/D模塊
在PLC溫度控制系統(tǒng)中，可以用通用模擬量輸入輸出混合模塊構(gòu)成溫度采集和處理系統(tǒng)。通用A/D轉(zhuǎn)換模塊不具有溫度數(shù)據(jù)處理功能，因此溫度傳感器采集到的溫度信號要經(jīng)過外圍電路的轉(zhuǎn)換、放大、濾波、冷端補(bǔ)償和線性化處理后，才能被A/D轉(zhuǎn)換器識別并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號。SLC500系列PLC常用的模擬量輸入輸出混合模塊有——2路差分輸入/2路電壓輸出模塊（1746-NIO4V），其A/D轉(zhuǎn)換為16位。由A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)建的溫控系統(tǒng)不但需要外加外圍電路，而且其軟件和硬件的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。
2、輸入輸出控制
比較而言用溫度模塊1746-NR4構(gòu)建的PLC溫控系統(tǒng)具有較好的控制效果。SLC500控制器的輸入通道中一個(gè)熱電阻模塊最多可以接4個(gè)溫度熱電阻溫度傳感器。輸出通道為模擬量輸出模塊（1746NIO4V），其輸出信號是電壓信號，可以通過電壓調(diào)整器控制電源的開度（即一周期內(nèi)的導(dǎo)通比率），從而控制電源的輸出功率。
在被控對象要求較高的控溫精度時(shí)，SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令進(jìn)行PID控制算法的研究。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法：
輸出＝Kc[（E）＋1/Ti∫（E）dt＋Td•D（PV）/Dt]＋bias
程序設(shè)計(jì)時(shí)，輸入PID指令后，要輸入控制塊，過程變量和控制變量的地址。對于SLC500PID指令，過程變量（PV）和控制變量（CV）兩者的量度范圍為0到16383。在使用工程單位輸入時(shí)，必須首先把用戶的模擬量范圍整定在0-16383數(shù)字量度范圍之內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，需要在PID指令之前使用數(shù)值整定指令（SCP指令）進(jìn)行整定。
整定了PID指令的模擬量I/O范圍，用戶就能輸入適用的最小和最大的工程單位。過程變量，偏差，設(shè)定點(diǎn)和死區(qū)將在PID數(shù)據(jù)監(jiān)視屏上以工程單位顯示。
一般溫控系統(tǒng)的控制算法可以采用分段式PID控制，即在系統(tǒng)工作的大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，為PID控制，其參數(shù)由10%電源開度下的溫度飛升曲線測得。在溫度響應(yīng)曲線的由初態(tài)向設(shè)定點(diǎn)的上升段過程中，大致采用三段控制。首先置電源為滿開度，以最大的功輸出克服熱慣性；接下來轉(zhuǎn)入PID控制；接近設(shè)定點(diǎn)時(shí)置電源開度為0，提供一個(gè)保溫階段，以適應(yīng)溫度的滯后溫升。
溫控系統(tǒng)中熱電阻模擬量輸入模塊的電壓信號范圍一般是0～4124，SCP指令把它整定為0～16383的工程單位，將其值放入PV（過程變量）的內(nèi)存地址N7∶38中，把控制輸出值放入N7∶39當(dāng)中。最后用MOV指令把N7∶39中的過程變量傳遞到1746NIO4V模擬量輸出模塊中。控制效果如下：（1）SP－PV≥50時(shí)，輸出值為最大值32767，使電壓調(diào)節(jié)器開度最大，即給加熱器最大電壓供電，使被測對象溫度快速上升。（2）SP－PV＞－30和SP－PV＜50時(shí)，輸出為PID控制輸出，此范圍為PID參數(shù)調(diào)節(jié)的范圍。（3）SP－PV＜－30時(shí)，輸出值為最小值0，電壓調(diào)節(jié)器開度為零，即停止加熱。
3、顯示擴(kuò)展
PLC控制系統(tǒng)顯示界面比較單調(diào)，一般是通過觀察控制柜上的指示燈或PLC的LED燈來了解控制器狀態(tài)，但對于溫控系統(tǒng)這樣的顯示是不夠的，需要采用數(shù)碼管顯示或PC顯示。
采用數(shù)碼管顯示時(shí)，可以選用ZLG7289A芯片，它與控制器采用3線串行接口，只需要占用SLC500的3個(gè)輸出點(diǎn)，可以驅(qū)動8個(gè)LED數(shù)碼顯示管，同過級聯(lián)可以擴(kuò)展數(shù)碼顯示管的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多段實(shí)時(shí)溫度顯示。
CS為片選輸入端，此腳為低電平時(shí)，可向芯片發(fā)送指令；CLK是時(shí)鐘輸入端；DATA是串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)在時(shí)鐘CLK的上升沿有效。8個(gè)段驅(qū)動信號SEG接每個(gè)顯示器的段，8個(gè)位驅(qū)動信號DIG0～DIG7分別接顯示器的共陰極公共地。
SLC500有RS232通信口，可以通過專用電纜與PC機(jī)相連。通過Rsview32軟件的組態(tài)，PC機(jī)可以動態(tài)顯示PLC傳送的溫度采集數(shù)據(jù)，還可以通過聯(lián)網(wǎng)對多臺PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
4、PLC與PC通信設(shè)計(jì)
4.1PLC數(shù)據(jù)包的信息格式
SLC500與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是以二進(jìn)制字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行，它包含四種主要命：讀命令，代碼：01H；響應(yīng)讀命令，代碼：41H；寫命令，代碼：08H；響應(yīng)寫命令，代碼：48H。故PLC數(shù)據(jù)包的信息格式
DST：一個(gè)字節(jié)，信息接收方的節(jié)點(diǎn)號或文件號；
SRC：一個(gè)字節(jié)，信息發(fā)出方的節(jié)點(diǎn)號；
CMD：一個(gè)字節(jié)，命令類型如01H，41H，08H或48H；
STS：一個(gè)字節(jié)，通信狀態(tài)，表示通信有無錯(cuò)誤或錯(cuò)誤類型，0為無錯(cuò)誤；
TNS：二個(gè)字節(jié)，信息包的業(yè)務(wù)批號，可作為本信息的識別編號；
Addata：地址/字節(jié)數(shù)/數(shù)據(jù)，具體內(nèi)容由不同的命令類型決定。
PLC與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信采用自由端口通信模式，參數(shù)設(shè)置成為波特率9600bps，每個(gè)字符8位數(shù)據(jù)，無奇偶校驗(yàn)。采用主從式通信協(xié)議，PC機(jī)為主機(jī)，只有PC機(jī)有權(quán)主動發(fā)送報(bào)文，PLC則采用報(bào)文接受數(shù)據(jù)。用RSLogix500軟件對SLC500的串口進(jìn)行如下設(shè)置：
1）setthemoduleforfullduplexBSC（DF1fullduplex）
2）setthemoduleforbbbbbdedresponse
3）setdetectforautomatic
4）disableduplicatepacketdetect
5）setthebaudratefor9600.
4.2PC機(jī)程序
PC機(jī)采用VB編程，主要有監(jiān)控界面、當(dāng)前溫度顯示、動態(tài)溫度曲線顯示、溫度數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)設(shè)置以及與PLC通信等方面的設(shè)計(jì)。通信參數(shù)設(shè)置程序如下：
WithMSComm1//通信參數(shù)設(shè)置
CommPort＝1//通信口COM1
Settings＝“9600，年n，8，1”//波特率9600bps，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)，1位停止
bbbbbLen＝2//一次讀取2個(gè)字節(jié)
bbbbbMode＝comLnputModeBinary//二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式
PortOpen＝Ture//打開通信端口
EndWith
PC機(jī)采用中斷方式接受SLC500傳來的實(shí)時(shí)溫度。即串口收到數(shù)據(jù)，VB通信控件會觸發(fā)OnComm事件，在OnComm事件程序中接受數(shù)據(jù)并處理。一個(gè)溫度數(shù)據(jù)為16位兩個(gè)字節(jié)，SLC500傳送溫度數(shù)據(jù)時(shí)，按報(bào)文傳送格式高低字節(jié)正好相反，因此，VB程序要對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并按照SLC500溫度采集的精度（1/8度）轉(zhuǎn)換成溫度值用于顯示。
5、結(jié)束語
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了PLC的熱電阻溫度采集模塊，在上位機(jī)的控制下，對工業(yè)現(xiàn)場的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和監(jiān)控。本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)是，采用了羅克韋爾的SLC500控制器來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并編程實(shí)現(xiàn)了SLC500控制器與計(jì)算機(jī)串口的實(shí)時(shí)通信。由于PLC可以適應(yīng)環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，故其使用范圍十分的廣泛。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|