【正文】 外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 學(xué)校實(shí)驗(yàn)室有主要有三菱FX1N40MR，歐姆龍CPM2AH，西門子S7200這三款PLC，在這其中歐姆龍CPM2AH的價(jià)錢實(shí)惠，性能相對(duì)夠用，可操作性強(qiáng)，而且相配套的編程和仿真軟件，其軟件簡(jiǎn)單易用，在校期間也主要接觸的歐姆龍的PLC。它包含有溫度傳感器和對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理部分，如模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路等。 0～10V模擬量輸出信號(hào)范圍3. 3. 3 模擬輸出模塊的接線 在本系統(tǒng)中DA041模塊要用到兩組模擬輸出端口用以連接變頻器和調(diào)功器的模擬輸入端口，根據(jù)如下圖所示的DA041的端子排列，其中的VOUT1和COM1接調(diào)功器的輸入端，VOUT2和COM2接變頻器的模擬輸入端口。 DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置示意圖 CPM1ATS102溫度單位與精度撥碼開(kāi)關(guān)參數(shù)SW設(shè)置1溫度單位OFF℃ON℉2小數(shù)部分位數(shù)OFF常規(guī)（小數(shù)點(diǎn)后0位或1位，由輸入范圍決定）ON位小數(shù)模式（例如：） 旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)用于設(shè)置溫度范圍。 MCGS觸摸屏TPC1062K性能規(guī)格項(xiàng)目參數(shù)液晶屏TFT液晶顯示，真彩（LED背光），分辨率（800480），65535色觸摸屏方式電阻式供電方式24V DC長(zhǎng)度200MM溫度量程200℃500℃CPU主板ARM低功耗CPU，400MHz主頻 內(nèi)存64M SDRAM存儲(chǔ)設(shè)備128M FLASH串口1RS231RS485USB端口1主1從工作溫度10℃~60℃操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（中文版）組態(tài)軟件MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版）3. 7 總體硬件接線3. 7. 1 PLC及其擴(kuò)展模塊的接線 CPM2AH的接線：采用220V AC電源供電，電源線分別接PLC的L火線和N零線。從而帶I/O名稱的程序只需在CXProgrammer軟件上移動(dòng)即可用于其他的系統(tǒng)。當(dāng)傳感器發(fā)生短路報(bào)警和測(cè)得溫度超過(guò)采集最大值的溫度出錯(cuò)的情況下，將會(huì)自動(dòng)停止系統(tǒng)的運(yùn)行。如果高于或等于設(shè)定的溫度上限，、如果低于或等于設(shè)定的溫度設(shè)定的溫度下限時(shí)，同理。 比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式,其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 PID指令梯形圖符號(hào)PID指令根據(jù)P1～P1+6中指定參數(shù)進(jìn)行PID控制。一般可以通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定，但誤差太大。一旦量程控制字被指定，模擬量輸出單元就開(kāi)始轉(zhuǎn)換模擬量。對(duì)各連接線路主要檢查接線端口是否操作手冊(cè)和實(shí)際需要、正負(fù)極是否接反。 （5）使用MCGS組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)出基于CPM2AH的組態(tài)界面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于本系統(tǒng)的操控和監(jiān)控。當(dāng)談到溫度控制，大部分的溫度控制系統(tǒng)需要溫度控制在精度范圍內(nèi)，可以輕松通過(guò)PID控制算法得到滿足。在現(xiàn)實(shí)中，它是一個(gè)有燈泡的封閉的機(jī)艙（發(fā)熱體）和一個(gè)NTC電阻（溫度傳感器）。在這種情況下，TD表示為近似控制對(duì)象的冷卻或加熱的時(shí)間常數(shù)，它可被確定為系統(tǒng)輸出需要達(dá)到其最終值63,21％的時(shí)間?？刂谱兞渴侵冈跈C(jī)艙內(nèi)的溫度。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較也顯示在第四節(jié)，第C分段。重要的是要注意，這種溫度控制的保溫箱的解決方案支持實(shí)現(xiàn)的加熱程序中，溫度變化的梯度 能被精確地控制。 （2）對(duì)PLC進(jìn)行了概述，簡(jiǎn)單介紹了其產(chǎn)生和發(fā)展，硬件和軟件的組成，工作原理，以及程序設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，在此基礎(chǔ)上對(duì)歐姆龍CPM2A系列PLC的編程軟件CXPROGRAMMER做了一點(diǎn)說(shuō)明。本課題的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)在安裝完成之后，按以下步驟投入試運(yùn)行。組態(tài)軟件能夠構(gòu)建一整套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。模擬量輸出單元要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)必須設(shè)置量程控制字。這個(gè)設(shè)置必須在0～8之間，它可以設(shè)定輸入范圍在8～16位之間。偏差e和輸入量r、輸出量c的關(guān)系： ……………………………………………………（）PID控制器結(jié)構(gòu)框圖如下： PID控制器結(jié)構(gòu)框圖 控制器的輸出表示為： ……………………………………（）上式中，——PID回路的輸出； Kp——比例系數(shù)P； ——積分系數(shù)I； ——微分系數(shù)D。例如：另一組溫度輸入高于設(shè)定值，則低于設(shè)定值的中間繼電器接通，冷卻風(fēng)扇和水泵啟動(dòng)。并且在系統(tǒng)運(yùn)行途中也可以自行改變定值和溫度上下限。由于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示燈過(guò)多，CPM2A輸出10CH和11CH總共只有16個(gè)通道，分配起來(lái)比較困難，所以一部分次要的系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)的指示燈分配在中間繼電器內(nèi)，主要的運(yùn)行狀態(tài)指示燈 分配在11CH通道內(nèi)。CXProgrammer 提供了一個(gè)生成工程文件的功能，此工程文件包含按照需要生成的多個(gè)PLC，對(duì)于每一個(gè)PLC，可以定義梯形圖、地址和網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)、I/O、內(nèi)存、擴(kuò)展指令（在本系統(tǒng)PID就是需要擴(kuò)展的指令）和符號(hào)。相對(duì)于其它傳感器其工作優(yōu)點(diǎn)具有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快、尺寸小，使用方便等，其缺點(diǎn)就是測(cè)溫范圍?。唬?）NTC 熱敏電阻，主要是由過(guò)渡元素（比如 錳、鈷、銅、鐵等元素）中的金屬氧化物的中 24 種組成，并且采用陶瓷工藝燒結(jié)而成的。4輸入的溫度傳感器（分配4個(gè)字）：CPM1ATS102字的分配方式為給每個(gè)CPM1ATS102分配4個(gè)字（一個(gè)輸入分配一個(gè)字）。模擬量數(shù)值由輸出信號(hào)范圍決定，在本課題中模擬輸出的量程選擇為010V的量程范圍。比如，連接PT能給金屬加工機(jī)器增加一個(gè)人機(jī)界面。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 可編程控制器是是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable控制參數(shù)大多靠實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和人工的經(jīng)驗(yàn)累計(jì)來(lái)確定。溫度控制系統(tǒng)是人類供熱、取暖的設(shè)備的驅(qū)動(dòng)來(lái)源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。 using PLC ladder programming language programming, to achieve automatic control of boiler temperature. This paper on aspects of the overall scheme of the system design, hardware selection, idea designing, software programming, flowcharts, and other details of the preparation, as well as the principle of each module, and other aspects of the design and use is proved that the PLC as the control core, the temperature of an object by PLC program control, this design can be easily and quickly designed to meet the requirements of the temperature control system. Through this design,it is possible to be familiar with the principles and functions of PLC and its programming language, to solve the industrial production and life temperature control problem.Key words: PLC, temperature control,temperature sensor基于PLC的爐溫監(jiān)控研究0 引言加熱爐溫度控制系統(tǒng)是比較常見(jiàn)和典型的過(guò)程控制系統(tǒng)，在機(jī)械﹑冶金﹑食品﹑化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度作為一個(gè)十分重要的被控參數(shù)之一，廣泛使用各種加熱爐﹑熱處理爐﹑反應(yīng)爐，對(duì)于工件的處理均需要對(duì)溫度進(jìn)行控制。 92. 3 PLC的基本組成 102. 4 可編程控制器的工作原理 122. 5 PLC的特點(diǎn)而PLC本身的可靠性高，體積小巧等優(yōu)異的性能，使得基于PLC控制的溫度控制系統(tǒng)變得經(jīng)濟(jì)、高效穩(wěn)定且維護(hù)方便。另一種是基于單片機(jī)進(jìn)行PID控制，然而單片機(jī)控制的DDC1．3 本課題的設(shè)計(jì)目的和意義 在各種行業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，溫度控制系統(tǒng)是一種很普遍、急需解決的問(wèn)題之一。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)該技術(shù)，很快地研制出了第一臺(tái)可編程序控制器DSC18。 （6）通信模塊 如RS23RS485和USB等通訊線纜和上位機(jī)可編程終端的通訊。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制等各種工業(yè)控制中，加上PLC通信能力的提高及人機(jī)界面（HMI)技術(shù)的飛速發(fā)展，使用PLC和相關(guān)配套設(shè)備所組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。歐姆龍CPM2AH能完全解決本系統(tǒng)所需的功能和技術(shù)要求，更為重要的是，學(xué)校實(shí)驗(yàn)有對(duì)應(yīng)于CPM2AH的配套模擬輸入模塊，模擬輸出模塊以及溫度采集模塊，所以從經(jīng)濟(jì)性和便捷性這兩個(gè)方面考慮，選擇歐姆龍CPM2AH型號(hào)的PLC作為本系統(tǒng)所選用的PLC。測(cè)量裝置的精度也直接影響溫度控制系統(tǒng)的精度，因此在溫度控制系統(tǒng)中必須采用具有一定精度的溫度測(cè)量裝置。 CPM1ADA041輸出端口示意圖3. 4 溫度傳感器模塊3. 4. 1 CPM1A/CPM2A溫度傳感器單元 CPM2A PLC最多可將3個(gè)擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元與CPU單元相連接。在本課題中，根據(jù)溫度傳感器的選型，選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置為0。在程序下載到PLC過(guò)程中，通訊口用RS232線連接電腦端。4. 2編程設(shè)計(jì)思路基于系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)下述控制要求：（1） 系統(tǒng)的全程自動(dòng)運(yùn)行；（2） 可以自行輸入要求控制到設(shè)定溫度值、溫度上限、溫度下限、兩傳感器相互允許最大溫差；（3） 檢測(cè)傳感器是否發(fā)生開(kāi)路，輸入溫度是否出錯(cuò)，如果發(fā)生上述情況，系統(tǒng)報(bào)警，并且停止運(yùn)行；（4） 檢測(cè)輸入溫度是否超過(guò)設(shè)定的上下限和兩傳感器相互允許最大溫差，如果超過(guò)，系統(tǒng)報(bào)警；（5） 當(dāng)檢測(cè)到輸入溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇和水泵，使得水溫下降；（6） 當(dāng)檢測(cè)到輸入溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)加熱器和攪拌器，使得水溫上升；（7） 系統(tǒng)同時(shí)也可以切換到手動(dòng)操作，可分別對(duì)加熱器、攪拌器、冷卻風(fēng)扇、水泵進(jìn)行操作。需要中途停止時(shí)，則本系統(tǒng)會(huì)停止，但仍在接通電源的狀態(tài)下，以便迅速再次啟動(dòng)。兩組輸入溫度的報(bào)警相互獨(dú)立，互不干擾。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時(shí)，但不能消除余差。當(dāng)執(zhí)行條件為OFF時(shí)，PID不執(zhí)行。經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，使用現(xiàn)場(chǎng)湊試法，以便更符合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需要。 模擬輸出量程控制在模擬輸出量程設(shè)置好后，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，將PID運(yùn)算輸出值DM2004的內(nèi)容寫入加熱器連接的輸出通道14作為模擬輸出的設(shè)定值，加熱器運(yùn)行指示燈接通為ON。5. 3 系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件在運(yùn)行中需要完成下列操作:（1）查看溫度傳感器的運(yùn)行狀況。上位機(jī)與下位機(jī)，PLC和觸摸屏連接情況。經(jīng)過(guò)4個(gè)多月的工作和努力，從最初的熟悉各個(gè)硬件模塊，到整體硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件編寫和組態(tài)界面的制作，再到最后的系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷過(guò)各種困難，不斷的查閱歐姆龍CPM2A型PLC的官方編程手冊(cè)，以掌握之前PLC課程中未曾接觸過(guò)的指令，由于CPM2A這款小型機(jī)型號(hào)過(guò)于老舅，很多指令均不支持，為此花費(fèi)了不少苦心，以設(shè)計(jì)出適用于CPM2A的程序，還經(jīng)常撥打歐姆龍自動(dòng)化的技術(shù)支持熱線，詢問(wèn)指令參數(shù)設(shè)置等問(wèn)題，在調(diào)試過(guò)程中也不斷修改已有的程序，以便于滿足各種情況的需求。PID控制算法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)很好的軟件支持控制系統(tǒng)的行為建模與仿真基于PID控制器。方塊3代表了執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，最終輸出值幾乎達(dá)到約5TD。A 控制對(duì)象 一個(gè)100瓦燈泡具有加熱體告知的機(jī)艙，表示是個(gè)應(yīng)該被加熱到所需溫度的恒溫箱的模型。根據(jù)基于“施耐德TE電器PLC工作站”的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)位于第四節(jié)。本文所提出的模型可以發(fā)現(xiàn)其在所有類型的保溫箱中得到應(yīng)用，只要是必須以保持恒定的溫度在相對(duì)小區(qū)域。本論文的具體工作可以簡(jiǎn)要概括為以下幾點(diǎn): （1）簡(jiǎn)要了國(guó)內(nèi)外溫度控制的發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上提出了本文的主要需要解決的問(wèn)題。6 控制系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試 爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)在硬件安裝和軟件編寫完成之后，應(yīng)投入調(diào)試和試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)連機(jī)調(diào)試可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的實(shí)際問(wèn)題和不足，包括硬件組成的連接檢查、系統(tǒng)的標(biāo)定和軟件程序的調(diào)試修改。組態(tài)軟件應(yīng)該能支援各種工業(yè)控制設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。 CPM1ADA041模擬輸出單元通道示意圖通過(guò)向模擬量輸出單元的輸出通道設(shè)置量程控制字來(lái)設(shè)定輸出信號(hào)量程。P1+60003輸出范圍決定輸入數(shù)據(jù)位的位數(shù)。PID控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 1號(hào)高于2號(hào)低于時(shí)的邏輯運(yùn)算 2號(hào)高于1號(hào)低于時(shí)的邏輯運(yùn)算 當(dāng)2組溫度輸入中有一組輸入溫度等于設(shè)定溫度的情況，本系統(tǒng)將根據(jù)另一組輸入溫