可编程控制器在温度测控系统的应用
日期：2008-7-30 23:48:16 来源：本站整理
点击： 作者：未知
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1 前言 可编程控制器(PLC)作为传统继电接触控制装置的替代产品已广泛应用于工业控制的各个领域。它以体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等优点，越来越为众多用户所青睐。温度测控在工业自动化应用中是十分重要和普遍的，本文以FP1-C24型PLC为核心，设计了一个温度自动测控系统。 2 可编程控制器FP1-C24简介 FP1是日本松下电工公司生产的小型PLC产品，该产品有C14～C72多种规格，形成系列化，性价比较高。FP1的硬件配置较全，除主机外还可加I/O扩展模块、A/D模块和D/A模块。FP1-C24是FP1系列中的一种，它的基本性能和参数简述如下: 有24个I/O点数，其中输入X0～X15，输出Y0～Y7;内部定时器100个(T0～T99)，定时单位可为0.01秒、0.1秒或1秒;计数器44个(C100～C143)，最大计数值32767;内部继电器1008个，特殊继电器64个;数据寄存器1660个，可供用户使用的有126个;系统寄存器70个，借助系统寄存器能实现高速计数、脉冲捕捉、中断、输入延时滤波、脉冲输出、实时时钟、可调值输入及通信等特殊功能;程序容量为2720步，扫描速度为1.6ms/步，采用梯形图(RLL)语言编程;指令数为154个，具有算术、逻辑、比较及表达式运算能力;编程采用IBM-PC兼容机，在NPST-GR软件包支持下工作，具有离线编程、编辑、程序下装、程序上调、存盘、打印等功能。 FP1-C24的I/O点数虽不多，但能通过挂接扩展模块增强系统的性能，灵活性、适应性较好，适于大多数工业生产控制。 3 温度测控系统硬件设计 系统是由温度传感器AD590检测箱内温度，经电阻把电流信号转化为电压信号送入PLC的A/D转换模块，得到过程量，将此值与给定温度值进行有关运算，得出控制量，最后由控制量控制PLC输出的通断，经继电器组控制电热箱的工作状态。其控制框图如图1所示。 本系统的调节指标为: 稳态误差为±1℃，温度控制范围为20℃～120℃ 3.1温度检测电路 根据现场控制温度变化范围的要求，温度传感器采用美国AD公司生产的两端式集成温度电流传感器AD590。AD590可提供与温度成正比的，具有很好线性度的电流信号，灵敏度为1mA/K，非线性误差<±0.5℃，对精度要求不十分高的场合，不需要进行线性化处理。温度检测范围宽: -50℃～＋150℃，是一高性能低价格的温度检测元件。下式给出输出电流与温度的关系: I=273.2+t (mA) 式中 t—被测温度，℃ 温度检测的电路原理图如图2所示。送入到A/D转换模块的输出电压 V=IR(V) 其中R=10KW 输出电压V的范围为: 2.9V～4V 3.2 A/D转换模块 与FP1-C24配接的A/D模块有四个模拟输入通道CH0～CH3，FP1-C24对A/D模块读取数据，每个扫描周期只进行一次，由模拟通道输入的模拟信号经A/D转换后送入FP1-C24的相应的通道，可由传送指令将转换好的数据存入FP1-C24的数据寄存器中。A/D模块的转换精度为满程值的1%,转换分辨率为1/1000，I/O端子与内部电路之间采用光电耦合(各通道之间未隔离)。A/D转换的输入－输出特性如图3所示。图3中a是输入为0～5V电压时的特性，b是输入为0～10V电压时的特性，c是输入为0～20mA电流时的特性。 由于AD590的输出电压为2.9V～4V, 故选A/D模块的输入电压值为0～5V，这由A/D模块的面板上两个“RANG”端子控制。 经运算温度变化一度能引起A/D转换后数值的三位变化，对于精度为±1℃的控制要求是完全能够满足的。 3.3 输出控制 FP1-C24的输出通道直接控制继电器组，控制其输入端子的导通时间，即可控制电阻丝加热时间，若箱内温度超出给定值，将停止加热，否则继续加热，从而来控制箱内的温度。 4 温度测控系统软件设计 4.1 控制算法 PID控制是应用最广泛的一种控制规律。PID控制由比例、积分和微分控制组合而成，它的调节主要由软件完成，因此参数整定方便，控制器结构改变灵活，适应性强，特别使用于难以得到精确数学模型的工业对象的控制。 本系统采用增量型PID控制算式，其中PID调节器输出增量为: 式中， Yk和ek分别为第k次采样时刻的控制信号和偏差信号，其余类推。Kv、Ki和Kd分别为控制器的比例、积分和微分系数，它们的取值均于采样周期T有关。 数字控制系统PID参数的整定，就是确定Kv、Ki、Kd和采样周期T。参数的合理与否，直接关系到系统的运行质量。在上述算式中，Kv、Ki和Kd的作用彼此独立，有利于检查各自对控制效果的影响。在本系统中采用一种简易的整定法: PID归一参数整定法。它是为了减少在线整定参数的数目，根据大量实际经验的总结，人为假设约束的条件，以减少独立变量的个数。 4.2 程序设计 由于FP1-C24工作方式是存储程序循环扫描执行，且仅有向前跳转指令，故在设计中必须考虑其执行方式的特点。该温度测控系统的程序流程图如图4所示。系统经初始化设置PID的比例、积分和微分系数，并给出温度控制值。程序根据给定的温度值、采样温度值及控制要求，通过PID的运算，得到并输出控制量来控制箱内温度。 5 结束语 可编程控制器由于体积小、价格适中及可靠性高等优点，非常适合当前中小企业的设备改造，以提高产品质量和劳动生产率。本系统充分利用了PLC的资源，系统电路简单，抗干扰性强，使用方便灵活，在应用中，表现出良好的动态、静态性能。
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