引言

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展捏梯，可編程序控制器（PLC）已經(jīng)由原來簡單的邏輯量控制稿施，逐步具有了計算機控制系統(tǒng)的功能。在現(xiàn)代工業(yè)控制中某弦，PLC 占有了很重要的地位桐汤，它可以和計算機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)中靶壮，溫度控制都是要解決的問題之一怔毛。如塑料擠出機大都采用簡單的溫控儀表和溫控電路進(jìn)行控制，存在控制精度低腾降、超調(diào)量大等缺點拣度，很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的塑料制品。在一些熱處理行業(yè)都存在類似的問題螃壤。為此抗果，設(shè)計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)整奸晴。系統(tǒng)采用羅克韋爾SLC500系列PLC冤馏，通過PLC串口通信與計算機相連接，界面友好寄啼、運行穩(wěn)定逮光。

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)計方案，一種是PLC擴展專用熱電阻或熱電偶溫度模塊構(gòu)成诬簇，另一種是PLC擴展通用A/D轉(zhuǎn)換模塊來構(gòu)成蔬澜。

1.1　擴展熱電阻/熱電偶模塊

　　在SLC500控制器擴展模塊中，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）芜既。在此模塊中溫度模擬量產(chǎn)生對應(yīng)的16位A/D數(shù)字值阶糖，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)換值庵锰，無需在硬件級電路上作其他處理秃练。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陪孩，不需要任何外部變送器或外圍電路写雾，溫度信號由熱電阻采集，變換為電信號后竹砾，直接送人溫度模塊中蓬抖。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。系統(tǒng)如圖1所示吊违。

1.2　擴展通用A/D模塊

　　在PLC溫度控制系統(tǒng)中肝浴，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)換睛竣、放大晰房、濾波、冷端補償和線性化處理后射沟，才能被A/D轉(zhuǎn)換器識別并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號殊者。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位验夯。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猖吴，而且其軟件和硬件的設(shè)計也比較復(fù)雜。系統(tǒng)如圖2所示挥转。

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海蔽。SLC500控制器的輸入通道中一個熱電阻模塊最多可以接4個溫度熱電阻溫度傳感器。輸出通道為模擬量輸出模塊（1746NIO4V）绑谣，其輸出信號是電壓信號党窜，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借宵。

　　在被控對象要求較高的控溫精度時茧淮，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)計時策谅，輸入PID指令后谢佩，要輸入控制塊，過程變量和控制變量的地址呻舆。對于SLC500 PID指令，過程變量（PV）和控制變量（CV）兩者的量度范圍為0到16383铣瞒。在使用工程單位輸入時芯拇，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)，為了實現(xiàn)這個目的腔资，需要在PID指令之前使用數(shù)值整定指令（SCP指令）進(jìn)行整定双漫。整定原理如圖3。

　　整定了PID指令的模擬量I/O范圍淡厦，用戶就能輸入適用的最小和最大的工程單位刑吕。過程變量，偏差旋乙，設(shè)定點和死區(qū)將在PID數(shù)據(jù)監(jiān)視屏上以工程單位顯示端伪。圖4為PID指令的設(shè)置界面，表1為PID指令各參數(shù)的說明装蓬。

　　表1 PID模塊參數(shù)說明

　　一般溫控系統(tǒng)的控制算法可以采用分段式PID控制著拭，即在系統(tǒng)工作的大多數(shù)時間內(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儡遮。在溫度響應(yīng)曲線的由初態(tài)向設(shè)定點的上升段過程中乳蛾，大致采用三段控制。首先置電源為滿開度鄙币，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)定點時置電源開度為0肃叶，提供一個保溫階段，以適應(yīng)溫度的滯后溫升十嘿∫虿眩基于以上要求，PID指令各參數(shù)可設(shè)置如表2所示详幽。

　　表2 PID模塊參數(shù)設(shè)定

　　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筛欢，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中唇聘，把控制輸出值放入N7:39當(dāng)中蝴勉。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∧浞蓿控制效果如下：（1）SP-PV≥50時生肖，輸出值為最大值32767，使電壓調(diào)節(jié)器開度最大执鲜，即給加熱器最大電壓供電盘瞄，使被測對象溫度快速上升。（2）SP-PV>-30和SP-PV<50時鲜伶，輸出為PID控制輸出裹侍，此范圍為PID參數(shù)調(diào)節(jié)的范圍。（3）SP-PV<-30時惨侍，輸出值為最小值0驳鸿，電壓調(diào)節(jié)器開度為零，即停止加熱箱充。

3 顯示擴展

　　PLC控制系統(tǒng)顯示界面比較單調(diào)动苍，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镰吆，需要采用數(shù)碼管顯示或PC顯示帘撰。

　　采用數(shù)碼管顯示時，可以選用ZLG7289A芯片[4>万皿，它與控制器采用3線串行接口摧找，只需要占用SLC500的3個輸出點，可以驅(qū)動8個LED數(shù)碼顯示管牢硅，同過級聯(lián)可以擴展數(shù)碼顯示管的數(shù)量慰于，實現(xiàn)多段實時溫度顯示钮科。SLC500與ZLG7289A的連接如圖5所示。

　　圖5中CS為片選輸入端婆赠，此腳為低電平時绵脯，可向芯片發(fā)送指令;CLK是時鐘輸入端，;DATA是串行數(shù)據(jù)輸入端休里，串行數(shù)據(jù)在時鐘CLK的上升沿有效蛆挫。8個段驅(qū)動信號SEG接每個顯示器的段，8個位驅(qū)動信號DIG0—DIG7分別接顯示器的共陰極公共地妙黍。

　　SLC500有RS232通信口悴侵，可以通過專用電纜與PC機相連。通過Rsview32軟件的組態(tài)酷雌，PC機可以動態(tài)顯示PLC傳送的溫度采集數(shù)據(jù)灌滤，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

4.1 PLC數(shù)據(jù)包的信息格式

　　SLC500與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是以二進(jìn)制字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行游禽，它包含四種主要命：讀命令誉芙，代碼：01H;響應(yīng)讀命令，代碼：41H;寫命令植坝，代碼：08H;響應(yīng)寫命令尿笔，代碼：48H[5>。故PLC數(shù)據(jù)包的信息格式如圖6所示：

　　DST：一個字節(jié)郑煌，信息接收方的節(jié)點號或文件號;

　　SRC：一個字節(jié)临颈，信息發(fā)出方的節(jié)點號;

　　CMD：一個字節(jié)，命令類型如01H钾趁，41H蚂青，08H或48H;

　　STS：一個字節(jié)，通信狀態(tài)斑泳，表示通信有無錯誤或錯誤類型孝承，0為無錯誤;

　　TNS：二個字節(jié)，信息包的業(yè)務(wù)批號厢岂，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阳距。

　　PLC與PC機的數(shù)據(jù)通信采用自由端口通信模式塔粒，參數(shù)設(shè)置成為波特率9600bps，每個字符8位數(shù)據(jù)筐摘，無奇偶校驗卒茬。采用主從式通信協(xié)議，PC機為主機咖熟，只有PC機有權(quán)主動發(fā)送報文圃酵，PLC則采用報文接受數(shù)據(jù)柳畔。用RSLogix500軟件對SLC500的串口進(jìn)行如下設(shè)置：

　　1） set the module for full duplex BSC （DF1 full duplex）

　　2） set the module for embedded response

　　3） set detect for automatic

　　4） disable duplicate packet detect

　　5） set the baud rate for 9600.

4.2 PC機程序

　　PC機采用VB編程，主要有監(jiān)控界面郭赐、當(dāng)前溫度顯示薪韩、動態(tài)溫度曲線顯示、溫度數(shù)據(jù)庫管理捌锭、參數(shù)設(shè)置以及與PLC通信等方面的設(shè)計俘陷。通信參數(shù)設(shè)置程序如下：

　　With MSComm1 //通信參數(shù)設(shè)置

　　CommPort=1 //通信口COM1

　　Settings=“9600，年n秋降，8颁膊，1” //波特率9600bps，無奇偶校驗别逐，8位數(shù)據(jù)撒殷，1位停止

　　InputLen=2 //一次讀取2個字節(jié)

　　InputMode= comLnputModeBinary // 二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式

　　PortOpen=Ture //打開通信端口

　　End With

　　PC機采用中斷方式接受SLC500傳來的實時溫度。即串口收到數(shù)據(jù)敢智，VB通信控件會觸發(fā)OnComm事件杏县，在OnComm事件程序中接受數(shù)據(jù)并處理。一個溫度數(shù)據(jù)為16位兩個字節(jié)菜盒，SLC500傳送溫度數(shù)據(jù)時蹦争，按報文傳送格式高低字節(jié)正好相反，因此酪捏，VB程序要對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理瑞捂，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[6>。

5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)設(shè)計使用了PLC的熱電阻溫度采集模塊层锄，在上位機的控制下酷麦，對工業(yè)現(xiàn)場的溫度進(jìn)行實時的采集和監(jiān)控。本文作者的創(chuàng)新點是喉恋，采用了羅克韋爾的SLC500控制器來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)計沃饶，并編程實現(xiàn)了SLC500控制器與計算機串口的實時通信。由于PLC可以適應(yīng)環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場轻黑，故其使用范圍十分的廣泛糊肤。