基于PLC的温度控制
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随着微处理器， 计算机的和数字通讯技术的飞速发展,计算机控制技术已经渗透
到所有工业领域。 当前用于工业控制的计算机可分为： 可编程控制器， 基于 PC 总线
的工业控制计算机， 基与单片机的测控装置， 用于摹拟量闭环控制的可编程调节器,
集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)等。可编程控制器是应用广泛,功
能强大,使用方便的通用工业控制装置， 已成为当代工业自动化的重要支柱。 近几年
来，在国内已得到迅速推广普及.正改变着工厂自动控制的面貌， 对传统的技术改造、
发展新型工业具有重大的实际意义。
可编程控制器对用户来说， 是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺，
因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程.另一方
面，从创造生产可编程控制器的厂商角度看， 在创造阶段不需要根据用户的要求
专门设计控制器，适合批量生产.由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受
到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展.
可编程序控制器，英文称 Programmable Controller,简称 PC。但由于 PC
容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆,故人们仍习惯地用 PLC 作为可编
程序控制器的缩写 .它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装
置， 专为在工业现场应用而设计， 它采用可编程序的存储器， 用以在其内部存储
执行逻辑运算、 顺序控制、 定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或者模 拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或者生产过程.PLC 是微机技术与传 统的继电接触控制技术相结合的产物， 它克服了继电接触控制系统中的机械触点 的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵便性差的缺点,充分利用了微处理 器的优点， 又照应到现场电气操作维修人员的技能与习惯， 特殊是
PLC 的程序编 制，不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础 的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方 便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用
户程序的编制工作，就可灵便方便地将 PLC 应用于生产实践。
现代社会要求创造业对市场需求迅速的反应， 生产出小批量、 多品种、 多规
格、 低成本和高质量的产品。 为了满足这一需求， 生产设备的控制系统必须具有 极高的灵便性和可靠性，可编程控制器就顺应而生.随着微处理器、计算机和数
字通信技术的飞速发展,计算机控制已扩展到所有的控制领域.在建材，化工,食
品,机械， 钢铁,煤矿等工业生产中广泛应用带式运输机运送原料物品。 可编程控
制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型
机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使
应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易.
可编程程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 ,专为在工业环境下应用
而设计。 它采用了可编程程序存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控
制、定时、计数、和算术运算等操作的指令。并通过数字式和摹拟式的输入和输
出， 控制各种类型的机械或者生产过程。 PLC 及其有关外部设备， 都应该易于与工 业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计.
PLC 是采用“顺序扫描， 不断循环”的方式进行工作的.即在 PLC 运行时， CPU
根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或者地址 号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户 程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次 扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输
入端子的通断状态或者输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即 刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC 在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相
应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的
内容随着程序的执行而改变。
本实验的给定值(目标值)可以预先设定后直接输入到回路中；过程变量由在
受热体中的 Pt100 测量并经温度变送器给出，为单极性电压摹拟量；输出值是送 输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。在此期
间,CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输
出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。 至加热器的电压，其允许变化范围为最大值的0% 至 100%
S7-200 PLC
系列是西门子公司的可编程控制器，
这一系列产品可以满足多
种多样的自动化控制要求,由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以
及强大的指令， 使得 S7-200 PLC 可以满足小规模的控制要求.此外,丰富的 CPU
类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是合用性.
1 台 S7—200 PLC 包括一个单独的 S7-200 CPU，或者带有各种各样的可选
扩展模块.S7—200 CPU 模块包括一个中央处理单元(CPU)、电源以及数字量 I/O
点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 CPU 负责执行程序和存储数据,
以便对工业自动化控制任务或者过程进行控制 ;
输入和输出是系统的控制点:输入部份从现场设备中采集信号，输出部份
则控制泵、机电、以及控也过程中的其他设备；电源向CPU 及其所连接的任何
设备提供电力;
通讯端口允许将 S7—200 CPU 同编程器或者其他一些设备连起来 ;
状态信号灯显示了 CPU 的工作模式(运行或者住手)，本机 I/O 的当前状态，以 及检查出来的系统错误；
通过扩展模块可提供其通讯性能；
通过扩展模块可增加 CPU 的 I/O 点数(CPU 221 不扩展)；
一些 CPU 有内置的实时时钟，或者添加实时时钟卡；
EEPROM 卡可以存储CPU程序,也可以将一个CPU 中的程序送到另一个CPU 中； 通
过可选的插入式电池盒可延长 RAM 中的数据存储时间 ;
最大 I/O 配置。
此面板中的 Pt100 为热电偶,用来监测受热体的温度，并将采集到的温度
信号送入变送器，再由变送器输出单极性摹拟电压信号，到摹拟量模块,经内部
运算处理后，输出摹拟量电流信号到调压模块输入端,调压模块根据输入电流的
大小，改变输出电压的大小，并送至加热器.为了使温度变送器正常工作，还要
对其参数进行设置。
0~5 + 0~5 OUT→测温 模块端子 — +
(1)本实验说明
本实验的给定值(目标值)可以预先设定后直接输入到回路中;过程变量由在
受热体中的Pt100 测量并经温度变送器给出,为单极性电压摹拟量； 输出值是送至
加热器的电压，其允许变化范围为最大值的0% 至 100％。
(2)理解 S7 系列的 PID 功能指令
PID 循环(PID)指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用 LOOP 执行
PID 循环计算。
提供 PID 循环指令(成比例、整数、导出循环)进行 PID 计算.逻辑堆栈(TOS)
顶值必须是“打开”(功率流)状态,才干启用 PID 计算.本指令有两个操作数 :
表示循环表起始地址的 TBL 地址和 0 至 7 常量的 “循环”号码。 程序中可使用八
条 PID 指令.如果两条或者多条 PID 指令使用相同的循环号码(即使它们的表格地 址不同)，PID 计算会互相干扰，结果难以预料.
循环表存储九个参数，用于控制和监控循环运算,包括程序变量、设置点、
输出、增益、样本时间、整数时间(重设)、导出时间(速率)以及整数和(偏差)
的当前值及先前值.
如果循环表起始地址或者指令中指定的 PID 循环号码操作数超出范围， CPU
编 译器将生成一则错误(范围错误) ,编译将会失败。 PID 指令不对某些循环表输 入值进行范围检查。 您必须保证程序变量和设置点 (以及作为输入的偏差和先前 程序变量)是 0。0 和 1。0 之间的实数。如果进行 PID 计算的数学运算时遇到错 误，将设置 SM1。1 (溢出或者非法数值)并终止 PID 指令的执行。 (对循环表中的 输出数值的更新可能不完整，因此您应当忽略这些数值，并在执行下一个循环 PID 指令之前纠正引起数学错误的输入值。)
在 PID 指令框中输入的表格(TBL)起始地址为循环表分配三十六(36)个
字节。
表 2。5 起始地址表格
偏移量 域 格式 类型 说明
0 PVn
进程变量 双 字 —
实
数 入 包含进程变量， 必须在 0。0 至 1。0
范
围内。
4 SPn
定点 双 字 —
实
数 入 包含定点， 必须在 0。0 至 1。0 范围内。
8 Mn
输出 双字-实数 入/出 包含计算输出， 在 0。0 至 1。0 范围内
12 Kc
增益 双字-实数 入 包含增益， 此为比例常量， 可为正数或者
负数。
16 Ts
样本时间 双字-实数 入 包含样本时间， 以秒为单位， 必须为正摹拟量端子 V0 A+ M0 A
在 P,I，D 这三种控制作用中，比例部份与误差部份信号在时间上时一致的，
只要误差一浮现， 比例部份就能及时地产生与误差成正比例的调节作用,具有调节
及时的特点。比例系数越大， 比例调节作用越强,系统的稳态精度越高；但是对于
大多数的系统来说，比例系数过大，会使系统的输出振荡加剧，稳定性降低。
调节器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误
差不为零,控制器的输出就会因积分作用而不断变化， 向来要到误差消失， 系统处
于稳定状态时，积分部份才再也不变化,因此,积分部份可以消除稳态误差，提高控 制精度。
3。1 设计梯形图
LD SM0 。1 CALL
LD
MOVR
MOVR
MOVR
MOVR
MOVR
MOVB
ATCH
ENI
LD SBR_0:SBR0
SM0 。0
0 。1985， VD104
0 。15， VD112
35 。0， VD116
30 。0, VD120
0.0, VD124
100 ， SMB34
INT_0：INT0， 10
SM0.0
ITD AIW0, AC0
DTR AC0 ， AC0
/R 32000.0, AC0
MOVR AC0, VD100
LD SM0 。0
PID VB100, 0
LD SM0.0
LPS
MOVR VD108， AC0 包含微分时偶尔速率,以分钟为单位，
必须为正数。
双 字 —
实 数
双 字 —
实 入/出
入/出 包含 0。0 和 1.0 之间的偏差或者积分和 数值.
