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PLC在老化房控制系统中的实际应用
日期:2008-8-1 0:14:48 来源:本站整理  
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摘要:本文能过介绍了艾默生公司EC20 PLC在老化房控制系统中的应用,以及该产品PID闭环功能在恒温控制上的实现和强大的网络通信功能对艾默生EV2000的变频器运行控制。实现了对室内温度和变频器运行的集中控制。
关键词:EC20 PLC 艾默生 EV2000 变频器 控制
一、概述
本文介绍了艾默生公司EC20 PLC在老化房控制系统中的应用并着重介绍该产品的PID闭环功能在恒温控制上的实现和强大的网络通信功能对EMERSON EV2000变频器运行控制的实现。该老化房控制系统是家电,电子,电脑行业产品生产检测的重要设备,也是产品生产合格检查的重要环节。该系统采用 EMERSON EC20 PLC和多台EV2000变频器,实现对室内温度和变频器运行的集中控制。
二、 老化房控制系统工艺要求:
老化房结构如图所示:
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具体要求如下:
1, 该系统所控制的老化房面积达16×30M,要求控制范围在20-55℃,控制精度达±5℃,能够在上位机对温度设定/显示/保存;(加湿控制采用单独进行和PLC无关)
2, 该系统有3个风机,用于进风,回风和排风;有4个风闸:新风闸,回风闸,排风闸,防火闸;2个防尘过滤网;6个火灾报警点;
在正常情况下(温湿度),关闭进风阀和排风阀,停止进风电机和排风电机,打开回风阀和防火阀,启动回风风机,保持老化房内回风循环;
在高温情况下,排风阀和进风阀打开,启动排风电机和进风电机,抽出部分空气;
在火灾报警情况下,防火阀关闭,回风禁止循环,全部从室内抽出;同时排风阀和进风阀打开,启动排风电机和进风电机,抽出室内空气;
3,其他要求省略;
三、 工作原理:
PLC系统结构如下:
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EC20PLC设备的I/0接线如图:
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工作原理:
根据老化房工艺要求组成如上图控制系统:上位机采用台湾研华IPC(工控计算机);监控画面采用亚控公司的KINGVIEW软件,该软件操作简单,元件形象丰富,性能稳定;核心控制部分采用EMERSON EC20-2012BTA类型的PLC和4个温度采集模块(EC20-4TC,接受K型温度信号);传动采用EMERSON EV2000通用型变频器。
在设备连接方面,EC20 PLC充分体现了自身的优势,由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口(1个RS232口,集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议,1个RS232/485口,集成自由协议 /MODBUS主站/从站协议),EC20 PLC利用COM0口和IPC进行通信(EC20 PLC做从站,设置成MODBUS从站协议),利用COM1和多台变频器组成网络进行集中控制(EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议)。
IPC为整个系统的人机接口,IPC读取PLC采集的系统运行状态如各风机的运转状态,各测温点温度,报警状况并显示在监控画面上,IPC又把各种操作命令传给PLC以控制系统的运行,如温度的设定,PID参数设定,各种阀门的开闭,变频器的启动、停止等设定。并且可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警等,IPC还可以根据设定对采集的数据进行保存打印。
在系统设计中,EC20 PLC为整个系统的核心,执行各种系统操作及计算,EC20 PLC根据工艺要求和现场状况进行逻辑判断,开闭各种阀门和启停各风机;同时利用自身的PID功能对温度进行控制,具体方法后面描述。
EV2000系列变频器自带RS485接口的通讯单元,符合RS485通讯规范,用于实现PLC与多台变频器的联网。根据MODBUS通讯协议,我们可以通过RS485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高,因此在设计中,我们省略了变频器的外部起停控制线路,对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成,达到了经济高效的目的。
四、 监控画面
整个系统监控画面主要分为主画面,实时温度监控,PID参数设定,三个部分(其他部分省略),具体如下:
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主画面如上图所示,主要完成对系统状态的监控(如各种风阀的开闭状态,风机的运行状态,报警状态),数据统计(如系统运行的时间,启停系统的次数),温度设定/测量等功能。
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实时温度监控画面如上所示,此画面主要用于对温度的实时监控,并描绘出温度曲线趋势,以便判断系统的温度控制是否处于良好状态,同时可以实现对温度进行保存/打印等操作。
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PID参数设定画面主要用于比例常数P,积分常数I,微分常数D的设定,同时根据实时温度曲线状况进行调节;同时显示PID控制的输出比例。
五、 对温度控制的实现
为便于对整个老化房内温度的控制,同时充分利用EC20 PLC自身PID功能和PWM脉冲输出(Y0,Y1)的优势,室内温度区域分为2个部分(上层和下层各8个测温度点),对温度取平均值作为温度的测量值,并把此平均值送入PID功能块进行运算,同时对加热执行元件(参考EC20 PLC的I/O接线图,固态继电器SSR1,SSR2,SSR3所控制的发热管的功率逐渐加大)也进行了分组处理:温度偏差较小的情况下,进行PID运算,通过Y0输出脉冲给SSR1,同时关闭SSR2,SSR3(即Y1,Y2停止输出);如果温度偏差较大,则Y1,Y2也参加输出,具体处理思路如下:
偏差值(ER=SV-PV)
处理办法
ER≥3
关闭PID运算,直接输出Y0,Y1,Y2;
3>ER≥1
启动PID运算控制Y0输出,同时启动Y1输出;关闭Y2输出;
1>ER≥-1
启动PID运算控制Y0输出,关闭Y1,Y2输出;
-3>ER>-1
启动PID运算控制Y0输出,同时启动Y1输出;关闭Y2输出;
-3≥ER
关闭PID运算,关闭Y0,Y1,Y2;
通过此法处理可以把温度控制精度保持在±0.3度以内,而且无论提升温度还是下降温度都很快速;同时把PID输出转化为PWM的占空比输出,又大大节省了PLC的资源(充分利用Y0,Y1的高达100KHZ的脉冲输出功能)。
EC20 PLC的编程软件CONTROLSTAR的操作简单方便,指令丰富,功能强大,是一个很优秀的全中文编辑工具。
实现步骤具体如下:首先,在数据块设定PID各参数,其中的重点是设置P,I,D三个参数和输出量的上下限范围,由于PID的输出结果直接和PWM结合在一起,所以设置时要特别注意,在本例子中,按照PWM的周期为4秒(=4000MS)计算,把PID的输出上下限分别设定为4000和0;另外按照逆动作(BIT0=1),输出限定(BIT5=1)的要求对D7911各位进行赋值;
D7910 500 //采样时间S3 采样时间(Ts)范围为1~32767(ms),比运算周期短的时间数值无法执行;
D7911 16#23 //动作方向 > 逆动作,设输出限定
………………………………………………..//BIT0 0:正动作 1:逆动作;
………………………………………………..//BIT1 0:输入变化量报警无效 1:输入变化量报警有效;

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