在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，為了生產(chǎn)安全或?yàn)榱吮ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，對于溫度、壓力、流量、成分、速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進(jìn)行自動(dòng)檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制。在自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，常常設(shè)有上下限檢測、報(bào)警及自動(dòng)處理系統(tǒng)，以提醒操作人員注意，必要時(shí)采取緊急措施。

    溫度是工業(yè)生產(chǎn)對象中主要的被控參數(shù)之一，本節(jié)以一個(gè)溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)為例，來介紹西門子S7-200 PLC在模擬量信號(hào)監(jiān)測與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。

    本節(jié)將采用模擬量擴(kuò)展模塊EM235實(shí)現(xiàn)對溫度的測量和控制，對指定的溫度進(jìn)行監(jiān)視，模擬量擴(kuò)展模塊EM235在一個(gè)輸入通道上連接PT100溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對溫度的測量控制，TD200文本顯示器則用于顯示測量與監(jiān)視的結(jié)果。

    一、功能實(shí)現(xiàn)

    (1)溫度傳感器PT100。PT100是鉑電阻溫度傳感器，適用于測量-60～400℃之間的溫度。PT100溫度傳感器的工作原理可用歐姆定律來表示，即

    R=U/I    (12 -1)

式中R-熱電阻元件的阻值；

    I-通過該熱電阻的電流；

    U-通過熱電阻電流后產(chǎn)生的電壓。

    在對PT100所需的電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于PT100在0℃時(shí)的阻值為100Ω，溫度與電阻值呈線性關(guān)系，為了產(chǎn)生5mV/℃的電壓系數(shù)，則每攝氏度需要0.4Ω的阻值和12. 5mA的電流。

    模擬量輸出精度為μA／數(shù)字量，為了獲得12. 5mA的輸出電流，則需要模擬量的輸出數(shù)為1250。因?yàn)锳QW數(shù)據(jù)字向右移4位，輸出數(shù)則需要乘以16。這樣，為了初始化模擬量輸出I/O位12. 5mA電流，必須在AQW0中設(shè)置輸出數(shù)為20000，計(jì)算出所需要的輸出數(shù)數(shù)量：(32000／20mA)×12. 5mA= 20 000。

    (2)模擬量擴(kuò)展模塊。EM235為最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235擴(kuò)展模塊接線圖如圖12-14所示。

    圖12-14    EM235模擬量擴(kuò)展模塊連線圖

    (3) TD200。TD200具有文本顯示功能，可以通過選擇項(xiàng)確認(rèn)方法，顯示最多80條信息，每條信息最多可包含4個(gè)變量、5種系統(tǒng)語言。

    二、設(shè)計(jì)思路

    EM235與PT100的連接如圖12-15所示。

    在電路中，為了將PT100的溫度變化的阻值轉(zhuǎn)換為電壓，模擬量輸出使用恒電流源，將輸出的12. 5mA恒電流供給PT100傳感器。該電路最后產(chǎn)生了5mV/℃的線性輸入電壓。

    EM235將這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，程序周期地讀取這些數(shù)字量，并將所讀的這些數(shù)，計(jì)算出溫度，公式如下：

    圖12-15    EM235與PT100的連接圖

    T=（溫度數(shù)字量-0℃偏執(zhí)量）／1℃數(shù)字量    (12-2)

    式中，溫度數(shù)字量表示存儲(chǔ)在AIWi（i=0，2，4）中的數(shù)值；0℃偏執(zhí)量表示在0℃測量出的數(shù)字量，該值為4000；1℃數(shù)字量表示溫度每升高1℃的數(shù)字量。

    三、程序設(shè)計(jì)

    本實(shí)例主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：通過PT100 RTD測量溫度，采用TD200顯示溫度。TD200用STEP7 - Micro/WIN或STEP7 - Micro/DOS編程軟件進(jìn)行編程，無需其他的參數(shù)賦值軟件。

    本實(shí)例對應(yīng)的梯形圖以及程序代碼如下：

    (1)網(wǎng)絡(luò)1對應(yīng)的梯形圖如圖12-16所示。

    圖12-16    網(wǎng)絡(luò)1對應(yīng)的梯形圖

    對應(yīng)的程序代碼如下：

    LD    SM0.1    ∥首次掃描周期SM0.1=1

    MOVD    +0，VD196    ∥清除VW196和VW198

    MOVW    +16，VW250    ∥在VW250中裝入1℃數(shù)字量16

    MOVW    +4000，VW252    ∥0℃偏執(zhí)量為4000

    MOVW    +300，VW260    ∥溫度上限為30℃

    MOVW    +200，VW262    ∥溫度下限為20℃

    MOVW    +20000，AQW0    ∥Io輸出數(shù)為20000

    (2)網(wǎng)絡(luò)2對應(yīng)的梯形圖如圖12-17所示。

    圖12-17    網(wǎng)絡(luò)2對應(yīng)的梯形圖

    對應(yīng)的程序代碼如下：

    LD    SM0.0    ∥SM0.0總為1

    MOVW    AIW4，VW200    ∥把測量溫度數(shù)字量裝入VW200

    -I    VW252，VW200    ∥減去0℃偏執(zhí)量

    p    VW250，VD198   ∥除以1℃數(shù)字量

    MUL    +10，VD196    ∥余數(shù)乘以10

    p    VW250，VD196    ∥10乘以余數(shù)/16=-位小數(shù)點(diǎn)的數(shù)

    MOVW    VW198，VW160    ∥保存一位小數(shù)點(diǎn)的數(shù)，即溫度小數(shù)值乘以10

    MOVW    +0，VW198    ∥刪除VW19 8中的數(shù)

    MUL    +10，VD198    ∥溫度整數(shù)值乘以10

    +I    VW160，VW200    ∥溫度整數(shù)值乘以10+溫度小數(shù)值乘以10

    MOVW    VW200，VW116    ∥傳送結(jié)果到VW116以供顯示

    S    V12.7，1    ∥顯示信息1的使能位V12.7=1

    (3)網(wǎng)絡(luò)3對應(yīng)的梯形圖如圖12-18所示。

    對應(yīng)的程序代碼如下：

    LDW>=    VW200，VW260    ∥若溫度超過設(shè)定的上限

    =    V12.6    ∥則顯示信息2的使能位V12. 6=1

    R    Q0.0，1    ∥停爐

    MOVW    VW260，VW135    ∥VW136里的上限供信息2顯示

    (4)網(wǎng)絡(luò)4對應(yīng)的梯形圖如圖12-19所示。

    圖12-18    網(wǎng)絡(luò)3對應(yīng)的梯形圖

    圖12-19    網(wǎng)絡(luò)4對應(yīng)的梯形圖

    對應(yīng)的程序代碼如下：

    LDW<=    VW200，VW262    ∥若溫度低于設(shè)定的下限

    =    V12.5    ∥則顯示信息3的使能位V12. 5=1

    S    Q0.0，1    ∥開爐，即輸出端Q0.0=1

    MOVW    VW262，VW156    ∥VW156中的下限信息供信息3顯示

    (5)網(wǎng)絡(luò)5對應(yīng)的程序代碼如下：

    MEND    ∥主程序結(jié)束

    四、總結(jié)與評價(jià)

    溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常重要的參數(shù)，物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以需要測量和控制溫度。因此，應(yīng)用PLC的模擬量檢測與控制能力，實(shí)現(xiàn)對被控過程的溫度監(jiān)測和控制具有廣泛的應(yīng)用場合。

    本實(shí)例以工業(yè)生產(chǎn)中常見的溫度監(jiān)測和控制功能的實(shí)現(xiàn)為例，介紹了PLC模擬量控制系統(tǒng)的構(gòu)成、溫度控制流程及程序的設(shè)計(jì)方法，給出了梯形圖設(shè)計(jì)實(shí)例，可以作為同類型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考。在溫度控制中，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的特點(diǎn)和需要，可以采用多種控制算法來提高控制效果，PLC還可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)更精確的控制。