基于PLC的恒温控制系统摘要本文讨论了 PLC (可编程逻辑控制器) 在恒温控制系统中的应用。恒温控制系统中的恒温控制器是一种在一定点或一定温度范围内保持主体温度稳定的控制装置。它主要通过电路和感应元件对主系统温度进行感知和调节。该系统在温度控制中发挥着重要作用。当系统工作时, 用铂电阻测量温度, 然后将温度送到 PLC。PLC 开始比较可接受的温度和固定值。通过调整双向晶闸管在设定周期内的开关时间比, 改变了加热线的电流和加热时间, 最后控制了温度。以设计的水箱为例, 阐述了 PCL 的工作原理。关键词PLC 温度 PID控制 CPU224 EM235AbstractThis paper discusses the application of PLC (programmable logic controller) in constant temperature control system. The constant temperature controller in the constant temperature control system is a control device to keep the main body temperature stable at a certain point or a certain temperature range. It mainly senses and regulates the main body temperature through circuit and induction elements. Temperature control is a very important part. The temperature is measured by platinum thermal resistance in the working process of the system, and the measured temperature is transmitted to the PLC. PLC compares the induction temperature value with the fixed value. After PID calculation, the ratio of on-off time of bidirectional thyristor in the set cycle is adjusted, and the current and heating time in the heating wire are changed to fulfill the temperature control requirements. Taking the designed water tank as an example, this paper expounds the working principle of PCL.Key words:PLC Temperature PID Control CPU224 EM235目录1.前言1.1恒温系统应用1.2 PLC的结构1.2.1中央处理单元(CPU)1.2.2存储器1.2.3电源1.3 PLC的工作原理1.3.1 PLC的基本工作原理1.3.2 PLC编程方式1.4 PLC的控制系统发展趋势1.5 PLC控制系统的构成设计原则及步骤1.5.1 PLC的设计原则1.5.2 PLC的设计步骤2硬件设计2.1工作过程2.2 I/O地址分配2.3选择硬件2.3.1 CPU2242.3.2双向晶闸管2.3.3热电阻原理构造3 PID的介绍3.1 PID的工作原理3.2 PID参数整定3.3 PID模块介绍3.3.1 PID回路表的格式及初始化3.3.2 PID程序4程序4.1顺序功能流程图4.2程序设计结束语谢辞参考文献1.前言1.1恒温系统应用在日常生活中, 我们到处都能看到恒温器。在我们的日常生活中, 最常见的恒温器是冰箱;在工业生产中, 部分原材料存放在恒温器中;在实验室, 特别是在生物培养实验室, 恒温器基本上可以说是不可缺少的。恒温控制在各个领域发挥着自己的作用, 人们正在逐步完善恒温系统的控制。在这一领域, PLC 的应用可以说是普遍和有效的。可编程控制器是 PLC。它是一个实时系统。它以微处理器为核心, 利用编程程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算, 然后使用数字和模拟输入和输出来控制设备和制造。PLC 根据自身的工作特点实现精确的温度控制。1.2 PLC的结构PLC 的基本结构是一种专门为工业控制而设计的计算机。它的硬件结构与微型计算机没有什么不一样的基本相同。。1.2.1中央处理单元(CPU)主要模块如下: CPU 模块 (中央处理单元) 是 PLC 的控制中心。它根据 PLC 系统程序给出的功能接收和存储从程序员那里键入的用户程序和数据。检查电源、内存、ito 和报警计时器的实时数据, 纠正用户程序中的语法错误。如果 PLC 正在运行, 可以检测到报警计时器的数据和状态, 并且可以诊断用户程序中的所有语法错误。当 PLC 运行时, 它首先通过扫描接收输入设备中的数据和状态, 然后将它们存储在 I/o 命令中。可编程逻辑控制器投入运行时, 首先通过扫描接收输入设备的状态和数据, 并将其分别存储在 i o 图像区域中。然后, 它从用户程序内存中逐一读取用户程序, 并按指令数进行访问。计算或指定的执行逻辑的结果将发送到数据寄存器或 ito 图像区域, 在执行完所有用户程序后。针对进一步提高 PLC 的可靠性,目前大多采用双 Cpu 对大型 PLC 进行了冗余系统的处理, 采用了具有三个 Cpu 的投票系统。整个系统仍然可以正常运行。由于出现故障, 整个系统仍可正常运行。。1.2.2存储器系统软件在系统程序内存中的存储用于存储应用软件的内存称为用户程序内存。 PLC RAM (随机评估内存) (即读写内存 (RAM)) 的常见内存类型, 具有最快的访问速度, 并由锂电池支持。EPROM (可擦除可编程只读存储器) 是一种可擦除的只读存储器, 在该内存中, 当电源关闭时, 内存的所有内容保持不变 (可在连续紫外线照射下擦除)。 PLC 存储空间中的分配不同 Plc 的 Cpu 最大寻址空间是不同的, 但根据 PLC 的工作原理, 其存储空间一般包括以下三个方面: 系统程序存储区域;系统 RAM 存储区域 (包括 i o 图像区域和系统软件设备)。系统程序存储区域其存储容量也不同。系统 RAM 存储区域 (计算机操作系统的系统程序存储在系统程序存储区域中)。它包括功能子程序、监控子程序、管理子程序、系统诊断子程序和命令解释子程序。不允许用户直接访问。系统 RAM 的内存面积与硬件一起, 决定了这种 PLC 的性能。系统 RAM 存储区域: 系统的 RAM 存储区域包括 i 图像区域和各种软设备, 如蓄能器、逻辑线圈、PLC 寄存器中的存储器、寻址寄存器等。一个 ito 映射区域由于 PLC 投入运行, 输入状态和数据仅在输入采样阶段依次读取, 输出状态和数据在输出刷新阶段发送到相应的外围设备。因此, 需要一定数量的存储单元 (RAM) 来存储 ito 的状态和数据。这些单位称为 i o 映射区域。一个开关 ito 占用一个存储单元和一个模拟 ito 字 (16位), 所以整个 ito 是两个区域: 开关 i 映射区域和模拟 i o 映射区域。B 系统软件设备存储区域除了 ito 图像区域外, 系统的 RAM 存储区域还包括 PLC 中各种软设备 (逻辑线圈、定时器、计数器、数据寄存器和累加器) 的存储区域。它们通常被划分为存储区域, 断电和储能区, 而不会断电。电源和存储区域的丢失在切断时主要由 plc 中的锂电池控制, 因此电源数据不会丢失。C 用户程序存储区域用户程序存储区域存储用户编译的用户程序。不同类型的 Plc 具有不同的存储容量。1.2.3电源PLC 电源是所有系统中最重要的。如果没有稳定可靠的电源, 系统将无法正常工作。因此, PLC 的制造商也非常重视电源的制造和设计。在大多数情况下, 交流电压的波动在 10% ( 15%) 的范围内不需要使用其他措施。它可以通过将 PLC 连接到交流网络直接工作。1.3 PLC的工作原理1.3.1PLC的基本工作原理(1) PLC 采用 顺序扫描, 连续循环 的工作模式 每次扫描, PLC 专注于采样输入信号, 同时刷新输出信号。当输入端口关闭且程序处于执行阶段时, 如果输入处有新状态, 则无法读取新状态。扫描周期分为输入采样, 可以读取。只有在下次扫描程序时, 才能将新状态读入执行。 组件映像寄存器的内容随程序的执行而变化。 扫描周期由三个因素决定 CPU 执行指令的速度 指令本身占用的时间集中采样。使用集中式输出。有一个输入输出延迟, 即输入输出响应延迟。(2) PLC 与 PC 机的区别是 循环扫描 PLC 与继电器控制系统的区别前者在 串行 模式下工作, 后者在 并行 模式下工作。前者使用 软件, 后者使用 硬件。 PLC 与微机的区别以前的工作模式是 扫描周期。后一种工作模式是 中断待机。。1.3.2PLC 编程方式PLC 编程模式最突出的优点是使用 软继电器 而不是 硬继电器。将硬件布线逻辑替换为软件编程逻辑。PLC 编程语言有梯形图、布尔记忆语言等。特别是前两种是常用的。梯形图的语言特点:(1) 每个梯形图由几个步骤组成。(2) 梯形图左侧和右侧的垂直线表示虚构的逻辑电源。当某级联的逻辑运算结果为 1 时, 就会有一个假想的电流流经它。(3) 继电器线圈只能出现一次, 其正常打开和关闭的触点可以出现无数次。(4) 以下步骤可立即使用每个步骤的结果。(5) 输入继电器由外部信号控制。仅限接触, 无线圈。1.4 PLC的控制系统发展趋势(1) PLC 的发展趋势现在国外的 PLC 制造商一直在推进新产品的发展。西门子首先推出了 S5 系列, 然后推出了 S7 系列;三菱从 F 系列开始, 外汇系列, 现在是 A 系列 (A1, A2, A2X)。主要趋势是 PLC 的功能越来越多, 集成度越来越高, 网络功能也越来越强。互联网是最受欢迎的, 因为互联网是世界上的一大趋势。如今, 各种 Plc 都在发展自己的网络。一般来说, 有两种。一种是在 PLC 模块上建立通信输出端口, 该端口可以直接与计算机连接, 实现点对点通信。另一种是使用多点连接 (RS485 连接)。其中大部分适用于多层 PLC。在这方面, 西门子的产品具有代表性。它有自己的 PROFIBUS 协议网络标准。现在它被世界上绝大多数国家所接受, 几乎接近国际标准, 因此被广泛使用。目前, 网络是一个比较前沿的发展趋势。网络控制中心由两台计算机控制, 并通过电缆与现场 PLC 站连接。每个车站都位于受控设备附近。设备和 PLC 站之间的电缆非常短。从 PLC 站到控制中心, 都需要电缆, 成本会大大降低。(2) PLC 目前的发展趋势首先是 PLC 网络技术的发展趋势。有两种趋势。一方面, PLC 网络系统不再是一个自成一体的封闭系统。每个有特色的 PLC 网络系统也完成了设备控制的任务, 也可以与上位机管理系统互联, 实现信息交流, 这也是信息管理的一部分。另一方面, 现场总线技术的采用率非常高。PLC 和其他安装在现场的智能设备, 如智能仪表、传感器、智能电磁阀、智能执行器、传输介质 (如绞线对、同轴电缆、轴电缆), 均通过光缆连接,并根据同一通信协议相互传输信息, 从而形成现场工业控制。与简单的 PLC 远程网络相比, 该网络具有配置更灵活、扩展方便、成本更低、性价比高等优点, 但也具有开放的意义。二是 PLC 的发展, 实现了高性能和小型化。PLC 的功能越强大, 体积就越小。例如, 三菱的 FX-1S 系列 PLC, 最小体积为 60 * 90 * 75 (mm), 可以高速计算, 交替输出16位四个算术运算, 并且还具有可调电位器时间设置功能。可编程控制器不再是早期的产品, 它只能执行交换逻辑操作, 但具有越来越强大的模拟处理功能, 以及其他仅在计算机上可用的高级处理功能,浮点算法、PID 调节、温度控制、准确定位、步进驾驶、报表计算等。从这个意义上说, PLC 系统和 DCS (分布式控制系统) 之间的区别越来越小。使用 PLC 还可以形成过程控制系统。1.5 PLC控制系统的设计构成原则及步骤1.5.1 PLC的设计原则1) 硬件设计: 硬件设计内容: PLC 选型; 输入输出装置的选择;绘图图案 (如接线图等);硬件设计应遵循的原则: (1) 经济性 (2) 可靠性 (3) 推进和可扩展性。2) 软件设计: PLC 的软件设计主要是编程, 如何绘制梯形图以满足要求要求和语句表。软件设计原则: (1) 逻辑关系应简单、清晰、易于编程。如果继电器的触点可以使用无数次, 只要需要它们来实现逻辑功能, 使编程可读性, 但避免不必要的接触, 就可以在任何时候使用。(2) 在保证程序功能的前提下, 最大限度地缩短指令和程序的运行时间。1.5.2 PLC的设计步骤PLC系统设计的一般步骤如下图所示图11 PLC的设计流程(1) 确定方案: 空对象的环境较差, 系统的过程复杂。考虑了 PLC 控制系统。控制非常简单。可以考虑继电器控制系统。通过 PLC 控制, 首先需要了解系统的工作过程和所有功能要求, 以便分析控制对象的控制过程, 无论输入输出是开关还是模拟, 定义控制要求, 并绘制系统的流程图。(2) 选择 PLC 模型: PLC 的可靠性没有问题。模型的选择必须考虑函数是否满足系统要求。模型的选择依据: 根据控制对象的输入、输出电压、输出功率场、系统的响应速度要求、控制室与场之间的距离等。(3) 使用 ito 设备列出 ito 地址分配表: 输入是 PLC 与现场检测组件 (如操作控制按钮、行程开关、接近开关、压力继电器等) 之间的连接通道, 以开关输出的形式出现。 输出设备 (继电器、电磁阀、接触器、信号灯等)。然后, 根据所选的输入和输出设备, 可以配置控制电源及其电气图纸的图纸, 并选择输入和输出的原始部件来确定传感器。 在分配 ito 地址时, 我们应注意以下几点: 集中配置所有按钮、笔画开关等, 按顺序分配 ito 地址;占用每个 ito 设备的地址;并尽可能在同一区域内排列同一类型的 ito 点。应不断为相关输出设备 (如正负电机) 分配其输出地址。在 PLC 外绘制电机的主电路和其他控制电路图。绘制 PLC 的 ito 接线图。 注意: 当与 PLC 的输入端连接时, 停止按钮应与正常的开触点一起使用, 热继电器 kh 触点应与正常的开触点一起使用绘制 PLC 和 I/o 设备的电源图输入电路一般由 PLC 提供, 输出电路应根据负载的额定电压和电流连接到外部电源。设计电路图:编程和调试编程经验还包括功能图设计, 或两者兼而有之。组装调试: 将硬件电路连接, 输入 plc 程序, 在线调试。2硬件设计2.1工作过程打开 SV1 以填充冷水。当水达到上限并使上限传感器输出信号时, 停止冷水供应并关闭 SV1。当水达到下限时, 启动加热器 H, 让它加热水。同时, 让搅拌电机 M 开始运行, 使水温均匀增加。可以设定60°C 的给定温度。如果当实际温度高于60°C 时, 启动 SV1 和 SV2, 运行搅拌电机 M;当实际温度低于60°C 时, 打开加热器 H 并运行搅拌电机 M. 循环通过此。当水低于下限传感器时, 将打开警示灯。手动按下停止按钮, 然后重新启动。图21 实验水箱温度控制系统符号描述2.2 I/O地址分配根据对图2-1 及以上工作过程的分析, 统计控制系统输入和输出信号的名称、代码和地址编号见表2-1 和表2-2。水位的上限和下限信号分别为 I0.1 和 I0.2。它们在淹没时为 0, 暴露时为0。图表21 I/O分配名称符号地址编号输入信号启动按钮QS2I0.0停止按钮QS1I0.1水池水位上限信号SLHI0.2水池水位下限信号SLLI0.3热继电器信号QSI0.4铂电阻信号AI4AIW0输出信号控冷水电磁阀SV1Q0.0控热水电磁阀SV2Q0.1搅拌电机MQ0.2报警指示灯HLQ0.3加热器HAQPID输出模拟信号A00AQW02.3选择硬件在上述评论中, 硬件系统由五个开关输入点、四个输出开关点组成, 每个点都有一个模拟输入和输出点。根据西门子 S7-200 产品的引进和具体市场价格, 我们以 CPU224 (14 输入继电器输出) 为主引擎, 并扩展了模拟模块 EM235 (4AI ao)。这种配置是最经济和最经济的。整个 PLC 系统的配置如下。主机单元CPU224AC/DC/继电器模拟量单元EM2354AI/1AO图22 恒温水箱的PLC系统的配置2.3.1 CPU224