F1-30MR PLC在温度监测与控制系统中的应用

    一、应用背景与需求    在工业生产自动控制中，为了生产安全或为了保证产品质量，对于温度、压力、流量、成分、速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制。在自动监测系统中，常常设有上下限检查、报警及自动处理系统，以复提醒操作人员注意，必要时采取紧急措施。    温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。本例以一个温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用问题。    二、PLC温度监测与控制系统的设计    1．温度控制系统的要求    系统要求：将被控系统的温度控制在50～60℃之间，当温度低于50℃或高于60℃时，应能自动进行调整，当调整3min后仍不能脱离不正常状态，则应采用声光报警，以提醒操作人员注意排除故障。    系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄3个指示灯来指示温度状态。被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常。当被控温度超过上限或低于下限时，经调整3min后尚不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。    2．PLC控制系统的构成    采用PLC作为控制器，并应具备模拟量输入输出及运算能力。根据被控系统的要求，选用F1-30MR型PLC基本单元，并配置F1-6A-E型模拟量输入／输出单元，扩展单元与基本单元的400扩展口相连。    在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成0～5V的电信号（对应温度为0～100℃），送入F2-6A-E的4个模拟量输入通道(CH410～CH413)。PLC读入四路温度值后，再取其平均值作为被控系统的实际温度值。    若被测温度超过允许范围，按控制算法运算后，通过F2-6A-E的模拟量输出通道( CH400)，向被控系统送出0～10V的模拟量温度控制信号。    PLC通过输入端口X500连接启动按钮，通过输出端口Y431控制绿灯的亮灭，通过输出端口Y432控制红灯的亮灭，通过输出端口Y430控制黄灯的亮灭。    三、PLC温度监测与控制梯形图的设计    系统要求温度控制在50～60℃的范围之内，为了控制方便，设定一个温度较佳值（本例设为55℃），并以此作为被控温度的基准值。另外，还需要设定输出控制信号时的调节基准量，正常情况下，输出基准量时被控温度接近较佳值。本例设定的基准调节量相当于PLC输出6V。    加热炉一类的温度控制对象，其系统本身的动态特性基本上属于一阶滞后环节，在控制算法上可以采用PID控制或大林算法。由于本系统温度控制要求不高，为了简化起见，本例按P（比例）控制算法进行运算，采样调节周期设为1s。    实现温度监测与控制的过程包括如下。    (1) PLC投入运行时，通过特殊辅助继电器M71产生的初始化脉冲进行初始化，包括将温度较佳值和基准调节量存入有关数据寄存器，使计时用的两个计数器复位。    (2)按启动按钮(X500)，控制系统投入运行。    (3)采样时间到，则将待测的4点温度值读入PLC，然后按算术平均的办法求出4点温度的平均值Q。    (4)将Q与Qmax（温度允许上限）比较，若未超过上限，将Q与Qmin（温度允许下限）比较，若也未低于下限，则说明温度正常，绿灯亮，等待下一次采样。    (5)若Q>Qmax，进行上限处理：计算Q与上限温度偏差，根据偏差计算调节量（比例系数假设为2），发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光报警（红灯亮）；若调节时间未到3min，则准备下次继续采样及调节。    (6)当采样温度低于下限，即Q<Qmin时，进行下限处理：计算Q与下限温度偏差，计算调节量，发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光报警（黄灯亮）；若调节时间未到3min，则准备下次继续采样及调节。    根据上述控制流程设计的梯形图如图9.14所示，有关地址分配情况列于表9.4。    表9.4    PID内部地址分配表



    图9.14    温控系统梯形图    四、总结与评价    温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数，物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，故需要测量温度和控制温度。因此，应用PLC的模拟量检测与控制能力，实现对被控过程的温度监测和控制具有广泛的应用场合。    本例以工业生产中常见的温度监测、报警与控制功能的实现为例，介绍了PLC模拟量控制系统的构成、温度控制流程及程序的设计方法，给出了梯形图设计实例，可以作为同类型PLC控制系统设计的参考。    在温度控制中，根据实际系统的特点和需要，可以采用多种控制算法来提高控制效果。本例是以简单的比例控制来编制梯形图的，PLC还可以实现更复杂的控制算法，实现更精确的控制。