引言

溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的參數(shù)之一,與生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量有著密切聯(lián)系。在工業(yè)生產(chǎn)中,溫度控制占據(jù)了至關(guān)重要的地位,因此,設(shè)計(jì)先進(jìn)的生產(chǎn)系統(tǒng)和溫度控制理論對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)非常有現(xiàn)實(shí)意義?？删幊炭刂破?PLC)是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制的新型裝置,具有效率高、成本低、控制性極強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單易學(xué)等特點(diǎn),一經(jīng)推出就在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。而組態(tài)軟件的開發(fā)和應(yīng)用,極大地解決了程序開發(fā)中的問題。其中,組態(tài)王由于流程畫面穩(wěn)定,數(shù)據(jù)記錄和分析清晰,趨勢(shì)明確,生產(chǎn)報(bào)表功能齊全,一經(jīng)推出就得到了各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種基于PLC與組態(tài)王軟件的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1設(shè)計(jì)方案

1.1熱電偶選型

傳感器能夠穩(wěn)定地將溫度信號(hào)快速轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào),系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息要把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào),再將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)中處理。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置為西門子EM2314TC。

1.2具體配置方案

經(jīng)過多方面對(duì)比,采用224系列CPU的西門子S7-200型PLC,設(shè)計(jì)系統(tǒng)可運(yùn)行于5種工作狀態(tài),分別為運(yùn)行、停止、溫度正常、過溫告警及加熱,對(duì)每種狀態(tài)設(shè)置一種對(duì)應(yīng)顏色的LED燈泡,使之能夠直觀地表示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),操作人員可以簡(jiǎn)便地了解目前的環(huán)境溫度,通過K型熱電偶對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè),并通過EM231將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),輸入PLC中與設(shè)定溫度值進(jìn)行對(duì)比,并進(jìn)行加熱或冷卻。系統(tǒng)硬件連線如圖1所示。

1.3程序流程圖

本系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示,由1個(gè)主程序和3個(gè)子程序構(gòu)成。

主程序上電后,根據(jù)溫度傳感器中的值,對(duì)安全指示燈進(jìn)行初始化,之后,分別按順序調(diào)用子程序0、1、2,其中子程序0用于和給定值比較,分別對(duì)溫度進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào),子程序1負(fù)責(zé)進(jìn)行PID值的設(shè)定,子程序2負(fù)責(zé)調(diào)用PID指令,進(jìn)行溫度控制。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1建立主畫面

系統(tǒng)建立主畫面如圖3所示,實(shí)物仿真和系統(tǒng)設(shè)備有效連接,依照系統(tǒng)的開始和停止按鈕來操作。系統(tǒng)中的指示燈,綠色表示正常狀態(tài),紅色表示停止?fàn)顟B(tài)。

圖3主畫面設(shè)置

2.2建立趨勢(shì)曲線

趨勢(shì)曲線可由操作者雙擊得到。實(shí)時(shí)曲線可按時(shí)間順序顯示,快速反映系統(tǒng)變量,對(duì)于過去的系統(tǒng)變量不能正確查詢,時(shí)間設(shè)置可通過"表示定義設(shè)置"來設(shè)定。本文組態(tài)畫面中,常用的是藍(lán)色曲線和紅色曲線。藍(lán)色曲線表示系統(tǒng)設(shè)定的參考溫度,紅色曲線則表示真實(shí)的實(shí)際溫度。在系統(tǒng)溫度控制過程中,X方向表示時(shí)間軸,y方向表示變量百分比。在y軸上通常不會(huì)出現(xiàn)實(shí)際溫度值,但可以通過相關(guān)工具箱的文本標(biāo)志記憶。本系統(tǒng)中的溫度量程是200℃,故X方向的0.50處表示100℃。用戶可在查詢完數(shù)據(jù)后返回,能夠快速轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)主界面中,如圖4所示。

圖4實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線設(shè)置

3結(jié)語

本文基于s7-200PLC和組態(tài)王軟件,采用PID控制模式,通過比較粗調(diào)和微調(diào),設(shè)計(jì)了快速反應(yīng)、性能良好、精度高的溫度控制系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)得到,使用粗調(diào)和微調(diào)程序性能高于單一的PID調(diào)節(jié),使系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間變小,得到了穩(wěn)定性強(qiáng)和性能良好的溫度控制系統(tǒng)。