基于PLC的温度控制系统设计

第1页基于PLC的温度控制系统设计摘要：可编程控制器(plc)作为传统继电器控制装置的替代产品已广泛应用工业控制的各个领域，由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。本文所涉及到的温度监控系统能够监控现场的温度，并且能够通过现场和计算机控制，其软件控制主要是编程语言，对PLC而言是梯形语言，梯形语言是PLC目前用的最多的编程语言。关键词：西门子S7-200PLC；编程语言；温度1．工艺过程在工业生产自动控制中，为了生产安全或为了保证产品质量，对于温度，压力，流量，成分，速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制，以反复提醒操作人员注意，必要时采取紧急措施。温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。本设计以一个温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用问题。2．系统控制要求PLC在温度监测与控制系统中的逻辑流程图如图所示：第2页具体控制要求如下：将被控系统的温度控制在50度-60度之间，当温度低于50度或高于60度时，应能自动进行调整，当调整3分钟后仍不能脱离不正常状态，则应采用声光报警，以提醒操作人员注意排除故障。系统设置一个启动按纽-启动控制程序，设置绿，红，黄3个指示灯来指示温度状态。被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常。当被控温度超过上限或低于下限时，经调整3分钟后仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成0~5V的电信号（对应温度0~100度），送入4个模拟量输入通道。PLC读入四路温度值后，再取其平均值作为被控系统的实际值。若被测温度超过允许范围，按控制算法运算后，通过模拟两输出通道，向被控系统送出0~10V的模拟量温度控制信号。PLC通过输入端口连接启动按钮，通过输出端口控制绿灯的亮灭，通过输出端口控制红灯的亮灭，通过输出端口控制黄灯的亮灭。系统要求温度控制在50度~60度的范围内，为了控制方便，设定一个温度较佳值（本题设为50度），并以此作为被控温度的基准值。另外，还需要设定输出控制信号时的调节基准量，正常情况下，输出基准量时被控制温度接近较佳值。第3页本例设定的基准调节量相当于PLC（输出6V）。加热炉一类的温度控制对象，其系统本身的动态特性基本上属于一阶滞后环节，在控制算法上可以采用PLD控制或在林算法。由于本系统温度控制要求不高，为了简化起件，本例按P（比例）控制算法进行运算采样调节周期高为1秒。实现温度检测懒惰控制的过程包括：PLC投入运行时，通过特殊辅助继电器M71产生的初始化脉冲进行初始化，包括将温度较佳值和基准调节存入有关数据寄存器，使计时用的两个计数器复位。按启动按钮（X500），控制系统投入运行。采样时间到，则将待测的四点温度值读入PLC，然后按算术平均的办法求出四点温度的平均值Q。将Q与Qmax（温度允许上限）比较，若也未低于下限，则说明温度正常，等待下一次采样。若Q﹥Qmax，进行上限处理：计算Q与上限温度偏差，计算调节量（比例系数设为2），发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光（红灯亮）；若调节时间未到3分钟，则准备下次继续采样及调节。当采样温度低于下限，即Q＜Qmax时，进行下限处理：计算Q与下限温度偏差，计算调节量，发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光（黄灯亮）；若调节时间未到3分钟，则准备下次继续采样及调节。第4页3.控制系统的I/O点及地址分配控制系统的模块号,输入/输出端子号,地址号,信号名称,说明如表:模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明CPU2261I0.0总启动开关,按扭1Q0.1加热器输出,加温2Q0.2红灯,”1”有效指示灯3Q0.3绿灯,”1”有效指示灯4Q0.4黄灯,”1”有效指示灯EM2221I0.1总停止开关,按扭1Q0.5喇叭输出,”1”有效声报警器EM2351AIW0远程电压输入12AIW2远程电压输入23AIW4远程电压输入34AIW6远程电压输入41AQW0远程电压输出1第5页控制系统的序号,名称,地址,注释如表:序号名称地址注释序号名称地址注释1总启动开关I0.0上升沿有效14过程变量VD032BIT2总停止开关I0.1上升沿有效15设定值VD432BIT3加热器Q0.1“1”有效16偏差值VD832BIT4红灯Q0.2“1”有效17增益VD1232BIT5绿灯Q0.3“1”有效18采样时间VD1632BIT6黄灯Q0.4“1”有效19积分时间VD2032BIT7喇叭Q0.5“1”有效20微分时间VD2432BIT8远程电压输入1AIW012BIT21积分前项VD2832BIT9远程电压输入2AIW212BIT22过程前值VD3232BIT10远程电压输入3AIW412BIT23运行标志M0.0“1”有效11远程电压输入4AIW612BIT24平均值VD4032BIT12电压信号输出1AQW012BIT25PID输出VW4012BIT13PID表首地址VB08BIT26第6页4.PLC系统选型参照西门子ST-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU222（8/6继电器输出）一台，加上一台扩展模块EM222（8继电器输出），再扩展一个模拟量模块EM235（4AI/1AO）。这样的配置是最经济的。整个PLC系统的配置如图所示。5.电气控制系统原理图电气控制系统原理图包括主电路图，控制电路图及PLC外围接线图。1）主电路图如图所示为电控系统主电路。一台加热器为M1。接触器KM1控制着M1正常运行，FR1为加热器过载保护用的热继电器；QF1为断路器；FU1为主电路的熔断器。第7页2）控制电路图如图所示，3）PLC外围接线图第8页6.主程序及梯形图1）主程序OB11.总启动与总停止LDSM0.0AI0.0SQ0.1,12.正常范围显示LDSM0.0AR=VD40,2.5SQ0.3,1SM0.1,13.调用子程序0以便控制LDI0.0SM0.0,1CALLSBR_0第9页4.超过上下限启动定时器LDM0.0LDRVD40,2.5ORVD40,3.0ALDAM0.1TONT101,18005.定时到还不在规定范围内则报警.LDSM0.0AT101LPSARVD40,3.0SQ0.2,1SQ0.5,1RQ0.3,1LPPARVD40,2.5第10页SQ0.4,1SQ0.5,1RQ0.3,16.正常情况下的指示LDSM0.0AI0.1RM0.1,1RQ0.1,1RQ0.2,1RQ0.3,1RQ0.4,1RQ0.5,1第11页第12页2）设计PID参数LDM0.0MOVR2.75,VD4MOVR2.0,VD12MOVR1.0,VD16MOVR0.0,VD20MOVR0.0,VD24MOVB100,SMB34ATCHINT_0,10ENI3）取实际温度变量1.四温度传感器电压值送内存LDSM0.0MOVWAIW0,VW0MOVWAIW2,VW2MOVWAIW4,VW4MOVWAIW6,VW6第13页2.温度实际电压值送内存LDSM0.0MOVWVW0,VW8+IVW2,VW8MOVWVW4,VW10+IVW6,VW10MOVWVW8,VW12+IVW10,VW12MOVWVW12,VW14/I+4,VW14ITDVW14,VD40第14页4）PID调节与输出1.得到过程变量VD0LDM0.0CALLSBR_1MOVDVD40,AC0DTRAC0,AC0/R32000.0,AC0MOVRAC0,VD02.VB0号PID表LDSM0.0PIDVB0,0第15页3.PID调节输出LDSM0.0MOVRVD8,AC0*R32000.0,AC0ROUNDAC0,AC0DTIAC0,VW40MOVWVW40,AQW0第16页结论：通过对本系统的设计和调试，我们认识到，对于复杂系统的控制，如果采用继电控制，不仅系统繁琐，调试困难，故障概率大，而且对以后的维护也带来困难。用PLC控制除了能解决以上问题以外，还具有以下特点：①控制条理清楚，接线简单明了。②用软件代替传统的继电控制，减少了设计上的困难，减少了系统的故障。③模块化程序设计，便于调试，并且方便功能的改进。④编程图形化，使之一目了然。致谢：本论文是在梁仕腾和黄景良老师的悉心指导下完成的，从论文最终完成的每一个环节，自始自终得到老梁仕腾和黄景良师精心指导和帮助。在此特向梁仕腾和黄景良老师表示由衷的感谢和崇高的敬意。在设计过程中，离不开辉隆同事的宝贵意见以及文献资料的提供，在此对帮助过我的同事再次表示衷心的感谢和祝福，祝愿在日后的工作生活中的合作能更上一层楼，大家共同进步。参考文献：【1】可编程序控制器的编程方法与工程应用廖常初重庆大学出版社【2】可编程序控制器及其应用万太福重庆大学出版社【3】毕业设计指导刘祖润机械工业出版社【4】新旧图形符号对照读本兵器工业出版社【5】电力拖动与控制谢桂林中国矿业大学出版社【6】工厂常用电气设备手册（上、中、下）水利电力出版社【7】电气控制技术实验指导书刘星平湖南工程学院