基于PLC的炉窖温度控制系统程序设计实例

    1．确定设计任务书    某恒温炉窑根据工艺控制要求，需要对养护炉窖内的温度进行严格的控制。炉窖温度控制系统的示意如图7-30所示。
    图7-30    炉窖温度控制系统的示意图    (1)控制任务和要求    系统总的控制过程是：按下总启动按钮后，允许两个炉窖按照各自的控制要求运行。每个炉窖都有启动按钮、停止按钮和急停按钮。如果按下总停止按钮，则禁止系统允许。    每个炉窖的具体要求是：    ·启动风机，使炉窖内的热气流循环。    ·打开进气阀，使热气流（蒸汽）进入炉窖。    ·经过一定时间的恒温控制（如10h），关闭进气阀。    ·打开排气阀，排除热气流。    ·按下停止按钮，则关闭风机和排气阀。    ·每个炉窖的进气阀只有在总进气阀打开后才能打开。    ·只要有一个炉窖需要排气，就要打开总排气阀。    ·每个炉窖通过一只热敏电阻进行温度检测。    (2)采用PID控制算法    在采用PID控制算法时，将每个养护窖的进气阀由电磁阀（开关量输出）改为电动阀（模拟量输出），通过控制阀门的开度来调节蒸汽进气量，从而实现恒温控制。    2．确定外围I/O设备    (1)输入设备：8个按钮，其中2个按钮控制总系统的启动／停止，6个按钮控制2个养护窖的启动、停止和急停。    (2)输出设备：4个电气阀，2个继电器用来控制养护窖的电动机。    (3)扩展模块：1块EM231 (4AI)和1块EM232 (2AO)。    3．选定PLC的型号    选用的PLC是西门子公司的S7-200系列小型PLC-CPU224。    4．编制编程元件地址分配表    输入／输出分配见表7-10，其他编程元件地址分配表见表7-11。    表7-10    输入／输出元件地址分配表
    表7-11    其他编程软件地址分配表

    5．PLC接线图    采用S7-224以及EM231和EM232组成的PLC外部接线图如图7-31所示。
    图7-31    PLC外部接线图    6．程序设计    很多工业控制过程采用PID控制方式，S7-200系列提供的PID指令为PID控制提供了方便。子程序SBR1和SBR2分别是1号、2号养护窖的PID参数设定子程序，其具体程序代码见表7-12、7-13。中断服务程序INTO是两个养护窖的PID控制程序，其具体程序代码见表7-14。主程序通过调用子程序SBR1、SBR2以及中断程序实现对两个养护窖温度的PID控制，其具体程序代码见表7-15。    选用模拟量输出模板EM232，可以把0～32 000的数字量转换成0～10V电压。由于选用双向晶闸管来控制加热系统，而双向晶闸管的控制电压Uk为0～5V，这个控制电压是由EM232提供的。所以PLC送到EM232的最大数字量限制到16000，这样可保证送到双向晶闸管上的电压不会超过5V。    在三级皮带运输机实例中，介绍了利用定时器的当前值比较的方法控制回路，降低了程序的复杂程度。在本例中采用计数器的当前值比较方法，原理与定时器相同，同样也降低了程序的复杂程序，见表7-15程序中的网络2。熟练利用定时器和计数器的当前值比较的方法，能够使编写程序简单易懂。    表7-12    1号窖PID参数设定子程序
    表7-13    2号窖PID参数设定子程序
    表7-14    两个养护窖的PID控制程序

    表7-15    养护窖PID控制主程序