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PLC在温度监测与控制系统中的应用

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课题： PLC在温度监测与控制系统中的应用

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：

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。
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。

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
CPU226
1

I0。0
总启动开关,
按扭

1
Q0。1
加热器输出，
加温

2
Q0.2
红灯,”1”有效
指示灯

3
Q0.3
绿灯， ”1"有效
指示灯

4
Q0.4
黄灯, ”1”有效
指示灯
EM222
1

I0。1
总停止开关，
按扭

1
Q0.5
喇叭输出， ”1”有效
声报警器
EM235
1

AIW0
远程电压输入1

2

AIW2
远程电压输入2

3

AIW4
远程电压输入3

4

AIW6
远程电压输入4

1
AQW0
远程电压输出1

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
VD0
32BIT
2
总停止开关
I0.1
上升沿有效
15
设定值
VD4
32BIT
3
加热器
Q0.1
“1”有效
16
偏差值
VD8
32BIT
4
红灯
Q0。2
“1”有效
17
增益
VD12
32BIT
5
绿灯
Q0.3
“1”有效
18
采样时间
VD16
32BIT
6
黄灯
Q0。4
“1”有效
19
积分时间
VD20
32BIT
7
喇叭
Q0。5
“1”有效
20
微分时间
VD24
32BIT
8
远程电压输入1
AIW0
12BIT
21
积分前项
VD28
32BIT
9
远程电压输入2
AIW2
12BIT
22
过程前值
VD32
32BIT
10
远程电压输入3
AIW4
12BIT
23
运行标志
M0.0
“1”有效
11
远程电压输入4
AIW6
12BIT
24
平均值
VD40
32BIT
12
电压信号输出1
AQW0
12BIT
25
PID输出
VW40
12BIT
13
PID表首地址
VB0
8BIT
26

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，VVVF为简单的一般变频器。

2） 控制电路图
如图所示，

3） PLC外围接线图

6。主程序及梯形图

1） 主程序OB1
1.总启动与总停止
LD SM0.0
A I0.0
S Q0.1, 1

2。正常范围显示
LD SM0.0
AR〉= VD40, 2。5
S Q0。3, 1
S M0。1， 1

3.调用子程序0以便控制
LD I0.0
S M0.0, 1
CALL SBR_0

4。超过上下限启动定时器

LD M0.0
LDR〈 VD40， 2。5
OR〉 VD40, 3.0
ALD
A M0。1
TON T101， 1800

5.定时到还不在规定范围内则报警。
LD SM0.0
A T101
LPS
AR〉 VD40, 3.0
S Q0.2， 1
S Q0。5， 1
R Q0。3， 1
LPP
AR〈 VD40, 2。5
S Q0.4， 1
S Q0。5， 1
R Q0.3， 1

6。正常情况下的指示

LD SM0。0
A I0。1
R M0.1, 1
R Q0。1, 1
R Q0.2, 1
R Q0。3, 1
R Q0.4, 1
R Q0.5, 1

2)设计PID参数
LD M0.0
MOVR 2。75， VD4
MOVR 2。0, VD12
MOVR 1。0, VD16
MOVR 0.0, VD20
MOVR 0.0, VD24
MOVB 100， SMB34
ATCH INT_0, 10
ENI

3）取实际温度变量
1。 四温度传感器电压值送内存
LD SM0。0
MOVW AIW0， VW0
MOVW AIW2, VW2
MOVW AIW4， VW4
MOVW AIW6， VW6

2。温度实际电压值送内存
LD SM0。0
MOVW VW0, VW8
+I VW2， VW8
MOVW VW4, VW10
+I VW6, VW10
MOVW VW8, VW12
+I VW10， VW12
MOVW VW12, VW14
/I +4, VW14
ITD VW14, VD40

4)PID调节与输出
1。 得到过程变量VD0
LD M0.0
CALL SBR_1
MOVD VD40, AC0
DTR AC0, AC0
/R 32000。0， AC0
MOVR AC0， VD0

2.VB0号PID表
LD SM0.0
PID VB0， 0

3.PID调节输出
LD SM0.0
MOVR VD8, AC0
*R 32000。0， AC0
ROUND AC0， AC0
DTI AC0, VW40
MOVW VW40, AQW0