PLC温度检测与控制

P L C温度检测与控制Last revision on 21 December 2020
PLC温度检测与控制系统
前言
从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。

电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。

目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。

本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。

通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。

一、PLC控制系统的软件设计
PLC控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分本在硬件基础上，详细介绍本项目的软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法、编程软件STEP7-
Micro/WIN的介绍以及本项目的程序设计。

1、 PLC程序设计的方法
PLC程序设计常用的方法：主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、顺序控制设计法、逻辑设计法等。

（1）经验设计法：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。

这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。

（2）继电器控制电路转换为梯形图法：用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。

（3）顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。

此法的关键是画出功能流程图。

（4）逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。

实际上就找到输出和输入的关系，完成设计任务。

2、编程软件STEP7--Micro/WIN 概述
STEP7-Micro/WIN 编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。

3、STEP7--Micro/WIN 简单介绍
以 STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP7-Micro/WIN，可双击STEP7 17 -
Micro/WIN的图标，如图3-1所示，STEP7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建程序的工作空间。

浏览条给出了多组按钮，用于访问STEP7--Micro/WIN的不同编程特性。

指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象指令。

程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。

子程序和中断程序在程序编辑器窗口的的底部按标签显示。

本项目中我们利用 STEP7--Micro/WIN SP5编程软件。

4、计算机与PLC的通信
在STEP7-Micro/WIN 中双击指令树中的“通信”图标，或执行菜单命令的“查看”/“组件”/“通信”，将出现“通信”对话框,在将新的设置下载到S7-200之前，应设置远程站的地址，是它与S7-200的地址。

双击“通信”对话框中“双击刷新”旁边的蓝色箭头组成的图标，编程软件将会自动搜索连接在网络上的S7-200，并用图标显示搜索到的S7-200。

二、PLC温度监测与控制系统的设计
温度控制系统的要求系统要求：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。

三、PLC控制系统的构成
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。

参考文献：
[1] 杨长能,张兴毅.可编程序控制器基础及应用.重庆:重庆大学出版社,～225.
[2] 王也仿.可编程序控制器应用技术.北京:机械工业出版社, ～145.
[3] 刘学军.检测与转换技术.北京:机械工业出版社,～ 116.。