铜陵西门子S7-300代理商

　随着电子技术的发展，可编程序控制器（PLC）已经由原来简单的逻辑量控制，逐步具有了计算机控制系统的功能。在现代工业控制中，PLC 占有了很重要的地位，它可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。在许多行业的工业控制系统中，温度控制都是要解决的问题之一。如塑料挤出机大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制，存在控制精度低、超调量大等缺点，很难生产出高质量的塑料制品。在一些热处理行业都存在类似的问题。为此，设计了较为通用的温度控制系统，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。系统采用罗克韦尔SLC500系列PLC，通过PLC串口通信与计算机相连接，界面友好、运行稳定。

1 系统构成

　　基于PLC的温度控制系统一般有两种设计方案，一种是PLC扩展专用热电阻或热电偶温度模块构成，另一种是PLC扩展通用A/D转换模块来构成。

1.1　扩展热电阻/热电偶模块

　　在SLC500控制器扩展模块中，有集温度采集和数据处理于一身的专用智能温度模块—热电阻/电阻信号输入模块（1746-NR4）。在此模块中温度模拟量产生对应的16位A/D数字值，其对热电阻变送的温度信号的分辨率约为1/8度，控制器在数值处理中可以直接使用模块的转换值，无需在硬件级电路上作其他处理。热电阻温度模块的使用十分方便，只需要将热电阻接到模块的接线端子上，不需要任何外部变送器或外围电路，温度信号由热电阻采集，变换为电信号后，直接送人温度模块中。热电偶/毫伏输入模块（1746-NT4）的功能与热电阻/电阻信号输入模块（1746-NR4）类似。系统如图1所示。

图1 扩展温度模块的温控系统

1.2　扩展通用A/D模块

　　在PLC温度控制系统中，可以用通用模拟量输入输出混合模块构成温度采集和处理系统。通用A/D转换模块不具有温度数据处理功能，因此温度传感器采集到的温度信号要经过外围电路的转换、放大、滤波、冷端补偿和线性化处理后，才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。SLC500系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块有—2路差分输入/2路电压输出模块（1746-NIO4V），其A/D转换为16位。由A/D转换模块构建的温控系统不但需要外加外围电路，而且其软件和硬件的设计也比较复杂。系统如图2所示。

图2 通用A/D转换模块温控系统

2 输入输出控制

　　比较而言用温度模块1746-NR4构建的PLC温控系统具有较好的控制效果。SLC500控制器的输入通道中一个热电阻模块多可以接4个温度热电阻温度传感器。输出通道为模拟量输出模块（1746NIO4V），其输出信号是电压信号，可以通过电压调整器控制电源的开度（即一周期内的导通比率），从而控制电源的输出功率。

　　在被控对象要求较高的控温精度时，SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令进行PID控制算法的研究。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法：

　　输出=Kc[（E）+1/Ti∫（E）dt+Td·D（PV）/Dt>+bias

　　程序设计时，输入PID指令后，要输入控制块，过程变量和控制变量的地址。对于SLC500 PID指令，过程变量（PV）和控制变量（CV）两者的量度范围为0到16383。在使用工程单位输入时，必须首先把用户的模拟量范围整定在0-16383数字量度范围之内，为了实现这个目的，需要在PID指令之前使用数值整定指令（SCP指令）进行整定。整定原理如图3。

图3 数值整定原理

　　整定了PID指令的模拟量I/O范围，用户就能输入适用的小和大的工程单位。过程变量，偏差，设定点和死区将在PID数据监视屏上以工程单位显示。图4为PID指令的设置界面，表1为PID指令各参数的说明。

图4 PID模块在线参数设定与标志位

　　表1 PID模块参数说明

　　一般温控系统的控制算法可以采用分段式PID控制，即在系统工作的大多数时间内，为PID控制，其参数由10%电源开度下的温度飞升曲线测得。在温度响应曲线的由初态向设定点的上升段过程中，大致采用三段控制。首先置电源为满开度，以大的功输出克服热惯性;接下来转入PID控制;接近设定点时置电源开度为0，提供一个保温阶段，以适应温度的滞后温升。基于以上要求，PID指令各参数可设置如表2所示。

　　表2 PID模块参数设定

　　温控系统中热电阻模拟量输入模块的电压信号范围一般是0—4124，SCP指令把它整定为0—16383的工程单位，将其值放入PV（过程变量）的内存地址N7:38中，把控制输出值放入N7:39当中。后用MOV指令把N7:39中的过程变量传递到1746NIO4V模拟量输出模块中。控制效果如下：（1）SP-PV≥50时，输出值为大值32767，使电压调节器开度大，即给加热器大电压供电，使被测对象温度快速上升。（2）SP-PV>-30和SP-PV<50时，输出为PID控制输出，此范围为PID参数调节的范围。（3）SP-PV<-30时，输出值为小值0，电压调节器开度为零，即停止加热。

3 显示扩展

　　PLC控制系统显示界面比较单调，一般是通过观察控制柜上的指示灯或PLC的LED灯来了解控制器状态，但对于温控系统这样的显示是不够的，需要采用数码管显示或PC显示。

　　采用数码管显示时，可以选用ZLG7289A芯片[4>，它与控制器采用3线串行接口，只需要占用SLC500的3个输出点，可以驱动8个LED数码显示管，同过级联可以扩展数码显示管的数量，实现多段实时温度显示。SLC500与ZLG7289A的连接如图5所示。

图5 ZLG7289A与SLC500及显示器的接口

　　图5中CS为片选输入端，此脚为低电平时，可向芯片发送指令;CLK是时钟输入端，;DATA是串行数据输入端，串行数据在时钟CLK的上升沿有效。8个段驱动信号SEG接每个显示器的段，8个位驱动信号DIG0—DIG7分别接显示器的共阴极公共地。

　　SLC500有RS232通信口，可以通过专用电缆与PC机相连。通过Rsview32软件的组态，PC机可以动态显示PLC传送的温度采集数据，还可以通过联网对多台PLC进行网络监控。

4 PLC与PC通信设计

4.1 PLC数据包的信息格式

　　SLC500与上位机进行数据交换是以二进制字节数据进行，它包含四种主要命：读命令，代码：01H;响应读命令，代码：41H;写命令，代码：08H;响应写命令，代码：48H[5>。故PLC数据包的信息格式如图6所示：

图6 PLC数据包的信息格式

　　DST：一个字节，信息接收方的节点号或文件号;

　　SRC：一个字节，信息发出方的节点号;

　　CMD：一个字节，命令类型如01H，41H，08H或48H;

　　STS：一个字节，通信状态，表示通信有无错误或错误类型，0为无错误;

　　TNS：二个字节，信息包的业务批号，可作为本信息的识别编号;

　　Addata：地址/字节数/数据，具体内容由不同的命令类型决定。

　　PLC与PC机的数据通信采用自由端口通信模式，参数设置成为波特率9600bps，每个字符8位数据，无奇偶校验。采用主从式通信协议，PC机为主机，只有PC机有权主动发送报文，PLC则采用报文接受数据。用RSLogix500软件对SLC500的串口进行如下设置：

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

　　2） set the module for bbbbbded response

　　3） set detect for automatic

　　4） disable duplicate packet detect

　　5） set the baud rate for 9600.

4.2 PC机程序

　　PC机采用VB编程，主要有监控界面、当前温度显示、动态温度曲线显示、温度数据库管理、参数设置以及与PLC通信等方面的设计。通信参数设置程序如下：

　　With MSComm1 //通信参数设置

　　CommPort=1 //通信口COM1

　　Settings=“9600，年n，8，1” //波特率9600bps，无奇偶校验，8位数据，1位停止

　　bbbbbLen=2 //一次读取2个字节

　　bbbbbMode= comLnputModeBinary // 二进制数据格式

　　PortOpen=Ture //打开通信端口

　　End With

　　PC机采用中断方式接受SLC500传来的实时温度。即串口收到数据，VB通信控件会触发OnComm事件，在OnComm事件程序中接受数据并处理。一个温度数据为16位两个字节，SLC500传送温度数据时，按报文传送格式高低字节正好相反，因此，VB程序要对接收的数据进行处理，并按照SLC500温度采集的精度（1/8度）转换成温度值用于显示[6>。

5 结束语

　　本系统设计使用了PLC的热电阻温度采集模块，在上位机的控制下，对工业现场的温度进行实时的采集和监控。本文作者的创新点是，采用了罗克韦尔的SLC500控制器来实现整个系统的设计，并编程实现了SLC500控制器与计算机串口的实时通信。由于PLC可以适应环境恶劣的工业现场，故其使用范围十分的广泛。

  在矿热炉冶炼的多数应用中，由于电气控制较为简单，现场都是人为调节控制生产，对矿热炉的整体效能产生很大影响，造成功率因数低、电耗高、产量较低的明显缺点。本次将人机界面与PLC结合应用在矿热炉的实践中，提高了系统的自动化程度，操作性能大大增强，提高了系统的可靠性，基本上达到了电气系统免维护，并且整套设备的重要指标功率因数、电耗、产量都取得了良好的成绩，取得了满意的效果。

    章 引言
　　
    矿热炉工业实际应用中主要用于生产硅铁、锰铁、工业硅、硅锰、铬铁、电石等，由于配套电气控制较为简单，一般智能控制的因素较少，基本上谈不到自动化程度，现场都是人为调节控制，根据操作电流变化而变化，这样必然产生与工艺标准要求滞后的电量反应，因此，对矿热炉的效能产生很大影响，造成功率因数低、电耗高、生产成本高的明显缺点。固然造成这些因素有一部分是因为设备、原材料、生产工艺造成的，但是绝大部分是因操作因素导致。相比国外进口同类设备，机械设备技术基本上已经消化，还存在个别关键设备技术有待提高和消化外，电气上自动化程度低是普遍现象。存在这个现象通常认为是此类系统没有必要提高设备自动化，另一个因素就是节约成本，再加上国内部分原材料在质量上的不过关，势必造成整个设备系统的低效率。
　　
    自2004年国务院为了整顿西部环境污染、彻底强制关闭能耗大、效率低、小容量企业，促进西部地区可持续发展战略以来，矿热炉企业用户不得不面临更残酷的现实，依靠产品竞争力来赢得市场，就变得尤为重要。这样一来，扩容、降耗、提高自动化程度、优化系统设备匹配性能，提高操作工艺水平、降低生产成本就变得更为迫切。

    第二章 系统配置
　　
    该套电气系统是配套某电石厂13500KVA电石炉，由于资金限制，该套电气配置仅增设了PLC和LEODO人机界面等智能化单元，以提升整套电气系统的自动化程度和系统可靠性。PLC完成所有电气联锁、动作，以保证电气系统的正常运行，LEODO人机界面完成各种电气参数的远程数据采集、数据存储、数据运算、趋势拟合分析和数据输出等功能。该系统包含的控制有电极控制、电极压放控制、液压系统控制、高压联锁控制、变压器调挡联锁控制、报警保护控制、远程数据采集输出、上位人机动态显示及交互等功能。

    系统配置图

    第三章 系统特点
　　
    系统网络虽然单元较少，但具备了实现电气控制自动化的所有功能。

    LEODO人机界面具有丰富的网络和通讯接口。一对标准RS232和RS485串行总线通讯接口，根据外接智能单元通讯形式的不同，可以连接RS232或RS485，通过RS485总线可以扩展连接更多的智能设备。一个标准并行输出接口，可以外接打印等输出设备。一个ETHERNET接口，可上传下载工程文件，并可以扩展多台以太网络设备实现数据共享。一个USB接口支持标准USB协议的外接设备，实现数据输入输出交换功能。还有其他VGA、AV、AUDIO等多种接口，丰富设备连接和扩展。
　　
    LEODO人机界面屏幕触摸功能，节省了硬键盘，又节约了空间。64M真彩色液晶显示屏，使得工程界面更加柔和鲜明。

    经实践应用，LEODO人机界面外壳虽然采用了工程塑料，抗干扰性却能胜任矿热炉恶劣工作环境。
　　
    PLC选用OMRON CJ1M，远程数据采集模块选用研华ADAM 4000系列。PLC通过RS232与LEODO COM1口相连，ADAM通过RS485与LEODO COM2相连，LEODO人机界面设定数据更新频率500MS时，采样数据的快捷性、准确性，既满足了生产数据需要，又保证了各个通讯设备的稳定。
　　
    实践证明本次将嵌入式工控应用于矿热炉复杂工业场合，无疑是一次成功尝试，并为以后的工程应用提供了丰富的经验

1 概述

　　随着机电一体化技术的发展，对系统的可靠性要求越来越高，PLC具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好、维修方便等特点，在机床电气控制中获得了广泛的应用。本文简要介绍了采用F1—40MR型PLC改造卧式镗床电气控制线路的应用实例。

2 卧式镗床继电器控制工作原理简介

　　图1是卧式镗床继电器控制电路图。ZQA、FQA分别是正转、反转起动按钮,ZSA、FSA分别是正转、反转点动按钮；TA是主轴停止按钮。卧式镗床的主轴电机是双速异步电动机，中间继电器ZJ和FJ控制主轴电机的启动和停止，接触器ZC和FC控制主轴电机的正反转；接触器1DSC、2DSC和时间继电器SJ控制主轴电机的变速，接触器DC用来短接串在定子回路的制动电阻。1JPK、2JPK和1ZPK、2ZPK是变速操纵盘上的限位开关，1HKK、2HKK是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关。SDJ为速度继电器，GSK控制主轴高速运转，热继电器RJ在电机过热时断开供电线路。

图1 卧式镗床继电器控制电路图

3 用PLC改造卧式镗床的电气控制线路

　　根据原有的继电器控制电路图来设计PLC控制梯形图，以实现卧式镗床的PLC控制改造。这种方法没有改变系统的外部特性，但却克服了机械动作时中间继电器可靠性低、维修困难等缺点。对于操作人员来说，除了控制系统的可靠性提高以外，改造前后对系统的操作没有什么区别，它们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面板和它上面的器件，因此可以减少硬件改造的费用和工作量。

　　图2和图3分别是实现与图1相同功能的PLC电气控制系统的外部接线图和梯形图

图2 PLC电气控制系统外部接线图

图3 PLC电气控制系统梯形图

　　在控制主轴电机正反转的继电器电路中，为了防止控制正反转的两个接触器(如图1中的ZC和FC)同时动作造成三相电源短路，设置了接线复杂的连锁电路，即将某一接触器的常闭触点与另一个接触器的线圈相串联，在梯形图中也设置了相应的连锁电路，但是它只能保证PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不同时动作。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊，使其线圈断电后主触间仍然接通，这时如果另一接触器的线圈通电，仍将会造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况，图2中在PLC外部增设了连锁电路。假设接触器ZC主触点被电弧熔焊，这时与FC线圈串联的ZC辅助常闭触点断开，因此FC的线圈不可能得电，进一步从硬件上提高系统的可靠性。

　　图1中ZC、FC、1DSC、2DSC都要受TA、1ZPK、1JPK、ZC和FC的触点并联电路的控制，在梯形图中设置了与上述并联控制电路对应的辅助继电器M202，它类似于图1继电器电路中的中间继电器。

4 结束语

　　本例在用PLC改造卧式镗床的电气控制线路中，从硬件和软件两方面增加了连锁电路，避免了误动作；同时为减少电流干扰，采用隔离变压器，由单回路双绞线给PLC供电，从多方面考虑，提高了系统工作的可靠性。