【文章內(nèi)容簡介】 來對它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，PLC 對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。這也正是本課題所重點研究的內(nèi)容。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。溫度控制系統(tǒng)是人類供熱、取暖的主要設(shè)備的驅(qū)動來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。期間，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅速發(fā)展。當(dāng)前比較流行的溫度控制系統(tǒng)有基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機(jī)（IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS ） ，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。單片機(jī)的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強(qiáng)大和可靠性高等特點，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)已經(jīng)由開始的 4 位機(jī)發(fā)展到 32 位機(jī)，其性能進(jìn)一步得到改善?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，工作精度高。但相對其他溫度系統(tǒng)而言，單片機(jī)響應(yīng)速度慢、中斷源少，不利于在復(fù)雜的，高要求的系統(tǒng)中使用。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。日本、美國、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先的國家，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。工控機(jī)（IPC）即工業(yè)用個人計算機(jī)。IPC 的性能可靠、軟件豐富、價格低廉，應(yīng)用日趨廣泛。它能夠適應(yīng)多種工業(yè)惡劣環(huán)境，抗振動、抗高溫、防灰塵，防電磁輻射。過去工業(yè)鍋爐大多用人工結(jié)合常規(guī)儀表監(jiān)控，一般較難達(dá)到滿意的結(jié)果，原因是工業(yè)鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入的復(fù)雜系統(tǒng)。影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的 PID 為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達(dá)到最佳狀態(tài)。而計算機(jī)提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離 PID，選擇性 PID。參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)的。在工業(yè)鍋爐溫度檢測控制系統(tǒng)中采用控機(jī)工可大大改善了對鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，提高了平均熱效率。但如果單獨采用工控機(jī)作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點。 主要研究內(nèi)容本設(shè)計的主要流程為使用工控機(jī)作為上位機(jī)，以 GE FANUC 9030 PLC 作為下位機(jī)，上位機(jī)通過串行內(nèi)存狀態(tài)，下位機(jī)通過程序控制溫度對象。本設(shè)計的主要內(nèi)容有：（1）根據(jù) PLC 外圍硬件電路，繪制硬件接線圖；（2）選擇 PLC 型號，繪制主程序流程圖，列 I/O 分配表；（3）用組態(tài)軟件 MCGS 編制基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)組態(tài)界面，并編制部分程序；（4）最后進(jìn)行運行程序的調(diào)試，實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的溫度采集與控制加熱器輸出。2. 研究技術(shù)介紹 傳感技術(shù)傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB76651987 對傳感器的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳感器或被測量的電信號部分。 ”對生產(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備工作信息，因此選用合適的傳感器至關(guān)重要，如果把計算機(jī)看作是自動化系統(tǒng)的“大腦”，信道看作是“ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)” 的話，那么傳感器就是自動化系統(tǒng)的“ 五官”。無法對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、實時測量，監(jiān)控也就無從談起了。 PLC 介紹可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機(jī)，是繼承計算機(jī)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價格便宜，可靠性強(qiáng)，編程簡單，易學(xué)易用等特點，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此 PLC 已在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中被廣泛地使用。 PLC 的系統(tǒng)組成PLC 本質(zhì)上是一臺用于控制的專用計算機(jī)，因此它與一般的控制機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大的相似性。PLC 的主要特點是能力，也就是說，它的基本結(jié)構(gòu)主要是圍繞著適宜于過程控制的要求來進(jìn)行設(shè)計的。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。整體式 PLC 是將中央處理單元(CPU) 、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨立的 I/O 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU 是 PLC 的核心，I/O 單元是連接 CPU 與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC 與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。如下圖 所示：圖 組合式 PLC 將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 I/O 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m。 PLC 的掃描工作原理與其它計算機(jī)系統(tǒng)相同，PLC 的 CPU 采用分時操作原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨時間順序執(zhí)行各個操作。這種分時操作進(jìn)程稱為 CPU 對程序的掃描。PLC 上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)可歸納為五個工作階段，各階段完成的任務(wù)如下：公共處理。復(fù)位監(jiān)控定時器(WDT)，進(jìn)行硬件檢查，用戶內(nèi)存檢查等。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報警或停止 PLC 運行。I/O 刷新。輸入刷新時，CPU 從輸入電路中讀出各輸入點狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映象寄存器中。 輸出刷新時，將輸出繼電器的元件映象寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大，驅(qū)動外部負(fù)載。執(zhí)行用戶程序。在程序執(zhí)行階段，CPU 按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)行，CPU 從輸入映象寄存器和輸出映象寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再寫入輸出映象寄存器中。外設(shè)端口服務(wù)。完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備(如編程器) 或通訊適配器的通信處理。 PLC 的優(yōu)勢PLC 的主要優(yōu)點可概括如下:⑴高可靠性①的輸入接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路間電氣上隔離。②各個輸入端口均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10～20ms 。③各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。④采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。⑤良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。⑥大型 PLC 還可以采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或用三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。⑵豐富的 I/O 接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如: 交流或直流。開關(guān)量或模擬量。電壓或電流。脈沖或電位。 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如: 按鈕。行程開關(guān)。接近開關(guān)。 傳感器及變送器。電磁線圈?？刂崎y等直接連接。另外，為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對話的接口模塊 。為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。⑶采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。⑷編程簡單易學(xué)PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。⑸安裝簡單，維修方便PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有