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發(fā)布日期:2022-04-26 點(diǎn)擊率:67 品牌:羅克韋爾_Rockwell
引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,可編程序控制器(PLC)已經(jīng)由原來簡(jiǎn)單的邏輯量控制,逐步具有了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能。在現(xiàn)代工業(yè)控制中,PLC 占有了很重要的地位,它可以和計(jì)算機(jī)一起組成控制功能完善的控制系統(tǒng)。在許多行業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)中,溫度控制都是要解決的問題之一。如塑料擠出機(jī)大都采用簡(jiǎn)單的溫控儀表和溫控電路進(jìn)行控制,存在控制精度低、超調(diào)量大等缺點(diǎn),很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的塑料制品。在一些熱處理行業(yè)都存在類似的問題。為此,設(shè)計(jì)了較為通用的溫度控制系統(tǒng),具體系統(tǒng)參數(shù)或部分器件可根據(jù)各行業(yè)的要求不同來進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)采用羅克韋爾SLC500系列PLC,通過PLC串口通信與計(jì)算機(jī)相連接,界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
基于PLC的溫度控制系統(tǒng)一般有兩種設(shè)計(jì)方案,一種是PLC擴(kuò)展專用熱電阻或熱電偶溫度模塊構(gòu)成,另一種是PLC擴(kuò)展通用A/D轉(zhuǎn)換模塊來構(gòu)成。
1.1 擴(kuò)展熱電阻/熱電偶模塊
在SLC500控制器擴(kuò)展模塊中,有集溫度采集和數(shù)據(jù)處理于一身的專用智能溫度模塊—熱電阻/電阻信號(hào)輸入模塊(1746-NR4)。在此模塊中溫度模擬量產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的16位A/D數(shù)字值,其對(duì)熱電阻變送的溫度信號(hào)的分辨率約為1/8度,控制器在數(shù)值處理中可以直接使用模塊的轉(zhuǎn)換值,無需在硬件級(jí)電路上作其他處理。熱電阻溫度模塊的使用十分方便,只需要將熱電阻接到模塊的接線端子上,不需要任何外部變送器或外圍電路,溫度信號(hào)由熱電阻采集,變換為電信號(hào)后,直接送人溫度模塊中。熱電偶/毫伏輸入模塊(1746-NT4)的功能與熱電阻/電阻信號(hào)輸入模塊(1746-NR4)類似。
1.2 擴(kuò)展通用A/D模塊
在PLC溫度控制系統(tǒng)中,可以用通用模擬量輸入輸出混合模塊構(gòu)成溫度采集和處理系統(tǒng)。通用A/D轉(zhuǎn)換模塊不具有溫度數(shù)據(jù)處理功能,因此溫度傳感器采集到的溫度信號(hào)要經(jīng)過外圍電路的轉(zhuǎn)換、放大、濾波、冷端補(bǔ)償和線性化處理后,才能被A/D轉(zhuǎn)換器識(shí)別并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。SLC500系列PLC常用的模擬量輸入輸出混合模塊有—2路差分輸入/2路電壓輸出模塊(1746-NIO4V),其A/D轉(zhuǎn)換為16位。由A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)建的溫控系統(tǒng)不但需要外加外圍電路,而且其軟件和硬件的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。
2 輸入輸出控制
比較而言用溫度模塊1746-NR4構(gòu)建的PLC溫控系統(tǒng)具有較好的控制效果。SLC500控制器的輸入通道中一個(gè)熱電阻模塊最多可以接4個(gè)溫度熱電阻溫度傳感器。輸出通道為模擬量輸出模塊(1746NIO4V),其輸出信號(hào)是電壓信號(hào),可以通過電壓調(diào)整器控制電源的開度(即一周期內(nèi)的導(dǎo)通比率),從而控制電源的輸出功率。
在被控對(duì)象要求較高的控溫精度時(shí),SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令進(jìn)行PID控制算法的研究。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法:
輸出=Kc[(E)+1/Ti∫(E)dt+Td·D(PV)/Dt》+bias
程序設(shè)計(jì)時(shí),輸入PID指令后,要輸入控制塊,過程變量和控制變量的地址。對(duì)于SLC500 PID指令,過程變量(PV)和控制變量(CV)兩者的量度范圍為0到16383。在使用工程單位輸入時(shí),必須首先把用戶的模擬量范圍整定在0-16383數(shù)字量度范圍之內(nèi),為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的,需要在PID指令之前使用數(shù)值整定指令(SCP指令)進(jìn)行整定。
整定了PID指令的模擬量I/O范圍,用戶就能輸入適用的最小和最大的工程單位。過程變量,偏差,設(shè)定點(diǎn)和死區(qū)將在PID數(shù)據(jù)監(jiān)視屏上以工程單位顯示。
一般溫控系統(tǒng)的控制算法可以采用分段式PID控制,即在系統(tǒng)工作的大多數(shù)時(shí)間內(nèi),為PID控制,其參數(shù)由10%電源開度下的溫度飛升曲線測(cè)得。在溫度響應(yīng)曲線的由初態(tài)向設(shè)定點(diǎn)的上升段過程中,大致采用三段控制。首先置電源為滿開度,以最大的功輸出克服熱慣性;接下來轉(zhuǎn)入PID控制;接近設(shè)定點(diǎn)時(shí)置電源開度為0,提供一個(gè)保溫階段,以適應(yīng)溫度的滯后溫升。基于以上要求。
溫控系統(tǒng)中熱電阻模擬量輸入模塊的電壓信號(hào)范圍一般是0—4124,SCP指令把它整定為0—16383的工程單位,將其值放入PV(過程變量)的內(nèi)存地址N7:38中,把控制輸出值放入N7:39當(dāng)中。最后用MOV指令把N7:39中的過程變量傳遞到1746NIO4V模擬量輸出模塊中。控制效果如下:(1)SP-PV≥50時(shí),輸出值為最大值32767,使電壓調(diào)節(jié)器開度最大,即給加熱器最大電壓供電,使被測(cè)對(duì)象溫度快速上升。(2)SP-PV》-30和SP-PV《50時(shí),輸出為PID控制輸出,此范圍為PID參數(shù)調(diào)節(jié)的范圍。(3)SP-PV《-30時(shí),輸出值為最小值0,電壓調(diào)節(jié)器開度為零,即停止加熱。
3 顯示擴(kuò)展
PLC控制系統(tǒng)顯示界面比較單調(diào),一般是通過觀察控制柜上的指示燈或PLC的LED燈來了解控制器狀態(tài),但對(duì)于溫控系統(tǒng)這樣的顯示是不夠的,需要采用數(shù)碼管顯示或PC顯示。
采用數(shù)碼管顯示時(shí),可以選用ZLG7289A芯片[4》,它與控制器采用3線串行接口,只需要占用SLC500的3個(gè)輸出點(diǎn),可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED數(shù)碼顯示管,同過級(jí)聯(lián)可以擴(kuò)展數(shù)碼顯示管的數(shù)量,實(shí)現(xiàn)多段實(shí)時(shí)溫度顯示。
CS為片選輸入端,此腳為低電平時(shí),可向芯片發(fā)送指令;CLK是時(shí)鐘輸入端,;DATA是串行數(shù)據(jù)輸入端,串行數(shù)據(jù)在時(shí)鐘CLK的上升沿有效。8個(gè)段驅(qū)動(dòng)信號(hào)SEG接每個(gè)顯示器的段,8個(gè)位驅(qū)動(dòng)信號(hào)DIG0—DIG7分別接顯示器的共陰極公共地。
SLC500有RS232通信口,可以通過專用電纜與PC機(jī)相連。通過Rsview32軟件的組態(tài),PC機(jī)可以動(dòng)態(tài)顯示PLC傳送的溫度采集數(shù)據(jù),還可以通過聯(lián)網(wǎng)對(duì)多臺(tái)PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
4 PLC與PC通信設(shè)計(jì)
4.1 PLC數(shù)據(jù)包的信息格式
SLC500與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是以二進(jìn)制字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行,它包含四種主要命:讀命令,代碼:01H;響應(yīng)讀命令,代碼:41H;寫命令,代碼:08H;響應(yīng)寫命令,代碼:48H[5》。
DST:一個(gè)字節(jié),信息接收方的節(jié)點(diǎn)號(hào)或文件號(hào);
SRC:一個(gè)字節(jié),信息發(fā)出方的節(jié)點(diǎn)號(hào);
CMD:一個(gè)字節(jié),命令類型如01H,41H,08H或48H;
STS:一個(gè)字節(jié),通信狀態(tài),表示通信有無錯(cuò)誤或錯(cuò)誤類型,0為無錯(cuò)誤;
TNS:二個(gè)字節(jié),信息包的業(yè)務(wù)批號(hào),可作為本信息的識(shí)別編號(hào);
Addata:地址/字節(jié)數(shù)/數(shù)據(jù),具體內(nèi)容由不同的命令類型決定。
PLC與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信采用自由端口通信模式,參數(shù)設(shè)置成為波特率9600bps,每個(gè)字符8位數(shù)據(jù),無奇偶校驗(yàn)。采用主從式通信協(xié)議,PC機(jī)為主機(jī),只有PC機(jī)有權(quán)主動(dòng)發(fā)送報(bào)文,PLC則采用報(bào)文接受數(shù)據(jù)。用RSLogix500軟件對(duì)SLC500的串口進(jìn)行如下設(shè)置:
4.2 PC機(jī)程序
PC機(jī)采用VB編程,主要有監(jiān)控界面、當(dāng)前溫度顯示、動(dòng)態(tài)溫度曲線顯示、溫度數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)設(shè)置以及與PLC通信等方面的設(shè)計(jì)。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了PLC的熱電阻溫度采集模塊,在上位機(jī)的控制下,對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和監(jiān)控。本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)是,采用了羅克韋爾的SLC500控制器來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并編程實(shí)現(xiàn)了SLC500控制器與計(jì)算機(jī)串口的實(shí)時(shí)通信。由于PLC可以適應(yīng)環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),故其使用范圍十分的廣泛。
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