流程制造ｌ ＰＲＯＣＥＳＳ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ 基于西门子Ｐ ＬＣ的温控系统设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｅｍｅｎｓ ＰＬＣ ·青岛橡胶轮胎有限公司韩红敏Ｈａｎ Ｈｏｎｇｍｉｎ 摘要：研讨基于西门子Ｓ７—２００ ＰＬＣ￣Ｄ组态王的锅炉温度监控系统。硬件采用Ｓ７—２００系列的 ＣＰＵ、Ｋ型的热电偶和ＥＭ２３１温度采集模块。热电偶经ＥＭ２３１温度采集模块处理将数据送入 ２００ＰＬＣ中进行处理。在不同的温度段通过采用不同的ＰＩＤ调节参数，来实现温度的自动调整。通过 组态王开发的上位机界面可实现温度的实时在线监控。 关键词：温度控制ＰＬＣ Ｐ ＪＤ组态王 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｓ７—２００ ＰＬＣ ａｎｄ ｋｉｎｇｖｉｅｗ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｔｈｅ Ｓ７—２００ ｓｅｒｉｅｓ ＣＰＵ．Ｋ ｔｙｐｅ ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ ａｎｄ ＥＭ２３１ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ ｂｙ ＥＭ２３１ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ＰＬＣ ｉｎ ２００ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｉｏｄ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＰＣ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｋａｉ——ｆａ ｗａｎｇ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ——ｔｉｍｅ ｏｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ＰＬＣ ＰＩＤ ｋｉｎｇｖｉｅｗ 【中图分类号】Ｓ６２４．４＋４【文献标识码】Ｂ文章编号１６０６－５１２３（２０１６）１２—００７７—０３ １ 引言 温度是工业控制中最常用的工艺参数之一，许多化学 反应和物理变化都与其有关。温度控制系统在工业生产中 也得到广泛使用，并占及其重要的地位，特别是在化工、 序存储器来储存指令，并执行逻辑、计时、顺序和计数等 功能，可通过模拟量和数字量模块组件，控制机械动作。 ＰＬＣ因具有抗干扰能力强、可靠性高、编程简单和易于掌 握和使用等优点，目前被广泛应用在工业领域上 】。ＰＬＣ相 食品、冶金、建材、石油、机械等工业中，起到举足轻重 的作用。在不同的生产状况和不同的工艺要求下，往往温 度控制所采用的控制方式也不同。例如在机械、冶金、化 比于ＦＳＣ，ＤＣＳ和ＩＰＣ等控制系统，也具有成本上的优势。 因此，ＰＬＣ目前在市场上占有很大的份额。 温控系统虽然已在国内外很多领域得到广泛应用，但 目前国内所生产的温控器总体水平不高，目前同日本、德 国、美国等发达国家相比还有很大差距。目前国内常规的 工、食品等工业生产中广泛采用热处理炉、加热炉和反应 炉等：燃料大多采用油、煤气、电和天然气等 ］。因温度控 制工艺的复杂性和不确定性，所以温度控制要采用先进的 温控产品主要以“点位”控制及ＰＩＤ控制为主，只适应一般 性的温度控制，难于控制复杂的温度系统。并且在较高的 智能化控制场合国内的控制技术还比较落后，在商品化的 控制技术和理论。 ２温控系统概要 随着企业生产力的不断发展和对温度控制精度也提 出了更高的要求，同时温控系统技术也得到了快速的发 仪表控制参数自整定控制方面，国外已形成了较多成熟产 品。目前瑞典、日本、美国和德国等控制技术领先国家， 已经生产了很多商品化的并且功能优异的温控器和仪表， 并广泛的应用在各个行业。目前，国外的温控系统和仪表 正向智能化、高精度和小型化发展。 展。目前比较先进的温控系统有ＰＬＣ温控系统，ＤＣＳ温控 系统，单片机温控系统，１ＰＣ温控系统，ＦＣＳ温控系统等。 其中ＰＬＣ是一种专用的数字化电子计算机，它采用专用程 ＰＲＯＣＥＳＳ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ｌ流程制造 ０ 一－嚣ｊ篓曩花 ｉ，瓴ｉｉ￣ｉ 》ＰＩＤ控制环节 “（ｔ） 反馈环节· ３．１ 西ｆ］子Ｓ７—２００系歹ＵＰＬＣ 西门子Ｓ７－２００系列ＰＬＣ主要包括扩展单元、基础单 被控对象 （ｉｔ］》 元、可编程控制器和存储卡等。根据设计要求本设计主 ＣＰＵ选用西门子ＣＵＰ２２４。它包含ｌ６Ａ输出￣１１２４点输入。如 表１所示为Ｓ７—２００系列ＣＰＵ２２Ｘ的基本单元。 表１￥７－２００系￣！ＪＣＰＵ２２Ｘ的基本单元 图２ ＰｌＤ控制器的闭控制系统结构框图 图２中，为ＰＩＤ控制器的闭控制系统结构框图，通过 ＰＩＤ控制器调节控制回路的输出，使控制系统的输出达到稳 定状态。ｅ（Ｉ）为偏差和ｒ（ｔ）为输入量、ｃ（ｔ）为输出量，它们之 ｉ＝ Ｓ ７—２００ＣＰＵ２２ｌ １ ｉ ６ ｝ １７； ４ １． ． ｉ ： 童． ’ ０ 间关系为： ｅ（ｔ）＝ｒ（ｔ）一ｃ（ｔ） （１） ｓ７－２００ＣＰＵ２２２ ｓ７—２００ＣＰＵ２２４ ｓ７—２００ＣＰＵ２２４ＸＰ Ｓ７—２００ＣＰＵ２２６ ８ １４ ２４ ２４ ６ １０ １６ １６ ２个扩展模块 ７个扩展模块 ７个扩展模块 控制器的输出可表示为： ， ＋７个扩展模块 寺 为微分系数。 Ｊ ’ ３－２热电偶温度传感器 热电偶作为一类感温元件，可直接将测量到的温度， 经温度信号转换器转换成ＰＬＣ能够识别的热电动势信号。 常采用的热电偶主要包括标准型热电偶和非标准型热电偶 两大类。标准性热电偶是指满足国家标准的温度与热电势 关系、允许误差的热电偶。非标准型热电偶一般在数量级 和使用范围上不及标准化的热电偶准确，主要应用于特殊 场合的温度测量。本文选用标准化的Ｋ型热电阻。 上式中：“（ｆ）为ＰＩＤ控制回路的输出量：Ｋｐ为比例系 数； 为积分系数： ＰＩＤ调节器的传输函数可表示为： ） ｒｌ 专 ｌ ） 在进行编程时必须将连续的函数进行离散化，对偏差 进行周期采样后，再计算出输出值。表２所示为模拟形式与 离散形式的转换规律。 表２模拟形式与离散形式转换规律 ３。３西门子ＥＭ ２３１模拟量输入模块 温度变送器将传感器检测到的温度信号转换成 ＯＮ４ ｌ ｍｖ的电压信号，将系统配置的模拟量输入模块将温 度电压信号转换成数字信号送人ＰＬＣ中进行数据处理。在 此，本文选用了ＥＭ２３ １ ４ＴＣ的ＡＩ模块。 ＥＭ２３ｌ模块为热电偶模块提供了一个隔离的接口，可 适用于七种类型的热电偶：Ｋ、Ｔ、Ｊ、Ｎ、Ｅ、ｓ和Ｒ型， 它可允许连接较小的电压信号（±８０ｍＶ以内范围）。可通过 ｝ ：－≯ ｔｉ’ ｅ（ｆ）＝ｒ（ｆ）一ｃ（ｔ） ｉ１ ： ｝ 舅景 Ｐ（ｎ）＝ｒ（ｎ）一ｃ ） ａｅｔ（） ．．．．． ．．——ｅ（ｎ）一ｅ（ｎ一１） ｒ ｄｒ ｉｅ（ｔ）ｄｔ “ｃｎ ＝ ∑ｅ（ｉ）Ｔ＝７１∑ｅ（ｆ） ｉ＝０ ｉ－０ ＥＭ２３１模块上的ＤＩＰ开关进行选择输人信号包括：断线检 查、热电偶的类型、冷端补偿、测量单位和开路故障等， 如图ｌ所示为ＥＭ２３ｌ模块ＤＩＰ开关。因本设计选用的是Ｋ型 热电偶，所以设置模块上ＤＩＰ开关为００１０００００。 为了使模块上设置的ＤＩＰ开关起作用，用户需要对ＰＬＣ 因此ＰＩＤ函数经离散化后 输出方程可表示为： ｛ｅｃ” ＋ ｅｃ。＋等 ｃ ，一ｅｃｎ一· 】｝＋“。 ４ ｉ’ｌ ＝Ｕｐ（ｎ）＋Ｕｉ（仃）＋Ｕｄ（ ）＋““ 上式中，∑ 积分项包括了第一个采样周期到最新采 样周期的所有误差累积值。因此计算过程中不要保留所有 的采样周期的误差值。因此可使用西门子ＰＬＣ中的ＰＩＤ指令 进行断电再通电（图１）。 国 厘 图１ ＥＭ２３１模块ＤＩＰ开关 实现位置式ＰＩＤ控制算的法量。 ：、 ０■薯 ０ ０ ５．１主题画面设计 若没有点击系统启动按扭，ＰＬＣ将处于待机状态，指 ４ ｐ ；型茜 曼 琵 Ｐ１Ｄ控制算法是最常见也是最成功的单回路闭环控制架 构。ＰＩＤ闭环控制架构参见图２所示。 示灯为红色。当控制系统具备运行条件时，单击启动按 键，输入１０．１接口开关接通，程序启动模式并开始加热，指 示灯变绿，计时时间启动。若单击关闭按键，输入１０．２接口 （卜转８４ ） －ｐ Ｉ ＳＭＡＲＴ ＦＡＣＴＯＲＹ Ｉ智慧工厂 毒缩 谬 ＪＳＯＮ作为一种更轻、更友好的Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ客户端的 格式（多采用浏览器的形式或访问ＲＥＳＴ风格Ｗｅｂｎ￣务的Ａｊａｘ 应用程序的形式）引起了Ｗｅｂ服务供应商的注意。它们简 化了数据访问。使用这些数据分隔符时，ＪａｖａＳｃｒｉｐｔｇＩ擎对 数据结构（如字符串、数组、对象）的内部表示恰好与这些符 号相同。这将开创一条［ｚｇＤＯＭ技术更为便捷的数据访问途 若服务器端ＰＨＰ与ＭＹＳＱＬ进行后台验证 通过验证后 会显示登陆成功页面如下图： ｆ —＿二二＿■三三五： ｊ司 径。此外，ＪＳＯＮ受到了擅长不同编程语言的开发人员的青 睐。这是因为无论在Ｈａｓｋｅｌｌ中或Ｌｉｓｐ中，还是在更为主流 ｌｌ｜ ．： ．． 的Ｃ≠≠和ＰＨＰ中，开发都可以方便地生成ＪＳＯＮ。 日 匿瑚作餐简介 刘永欢（１９９０．）男硕士研究生研究方向：物联网方向 鐾 —— －ｉ ＇●●●●● … ●●’●●●●● （上接７８页） ■＿＿ ≮ ｊ 一 二 １０一 ｜ 臻 匹互 巫 ．～， 油泵统运 参数 、 １６０．２℃ Ｐ ｌ２Ｏ一０ 一 ：：Ｊ ｉ￣ｉｊ 叫 ．８分钟 ｉ２，Ｕｉ，＇Ｉ １０００ ｃ ．Ｉ Ｄ ３·０ １－０ 修 系统参数 、Ｊ ｌ㈨ Ｊ １２０．０ 】 ３．０ ＝圃 。 拙 … 圆圈 ｔ；【』 Ｊ ｌＯ（）．０℃ 团６ 绘豪语 ’ ‘０ 图４运行时参数监控设置 圈３启动主Ｉ堕Ｊ面 导通，控制系统处于停止阶段。画面的下方分别设置了实 时曲线、历史曲线、报警窗口、实时报警、数据报表和参 数监控６个链接画面。单击相互画面可进入到此画面中。控 制系统启动主画面，如图３所示。 本设计采用了西门子Ｓ７—２００和组态王设计了一套温度 控制和监测系统，采用位置式ＰＩＤ控制通过调整参数，取得 了响应迅速，控制精度高、系统稳定的温控系统。 ５．２参数设定画面设计 在图４参数监控设置画面中，在参数监控窗口中可查 看当前实际温度值和控制系统运行时的ＰＩＤ参数值，以及系 统运行的时间，也可进行系统的ＰＩＤ参数修改。点击画面中 的“手动”按扭，在相应的ＰＩＤ参数栏中输入更高后的ＰＩＤ 值，系统在下一个扫描周期就可按新设定的ＰＩＤ参数值来执 行。若需恢复默认设置的ＰＩＤ参数值，点击画面中的“自 动”按扭后，系统将按默认ＰＩＤ参数运行。 参考文献 Ｉ１Ｊ焚军庆，张宝珍．温度控制理论的发展概况．工业炉，２００８，３０：１２—１４ 【２１垌万珍．ＰＬＣ分析与应用一Ｂ京：电ｉ＇－２．ｌ，ｌ￣ｄ＇版社，２００４． 作凿简介 韩红敏（１９７５．）女工程师研究方向：电气自动化装备 管理工程