S7-200 PLC在温度监测与控制系统中的应用

    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，通常需要进行自动检测，并根据检测结果进行相应的控制。在自动检测系统中，常常设有上下限检测、报警及自动处理系统，以提醒操作人员注意，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，本节以一个温度监测与控制系统为例，来介绍PLC在模拟量信号监测与控制系统中的应用问题。    本节将采用模拟量扩展模块EM235实现对温度的测量和控制，对指定的温度进行监视，模拟量扩展模块EM235在一个输入通道上连接PT100温度传感器，实现对温度的测量控制，TD200文本显示器则用于显示测量与监视的结果。    一、功能实现    (1)温度传感器PT100。PT100是铂电阻温度传感器，适用于测量-60～400℃之间的温度。PT100温度传感器的工作原理可用欧姆定律来表示，即    R=U/I    (12 -1)式中R-热电阻元件的阻值；    I-通过该热电阻的电流；    U-通过热电阻电流后产生的电压。    在对PT100所需的电流进行计算时，由于PT100在0℃时的阻值为100Ω，温度与电阻值呈线性关系，为了产生5mV/℃的电压系数，则每摄氏度需要0.4Ω的阻值和12. 5mA的电流。    模拟量输出精度为μA／数字量，为了获得12. 5mA的输出电流，则需要模拟量的输出数为1250。因为AQW数据字向右移4位，输出数则需要乘以16。这样，为了初始化模拟量输出I/O位12. 5mA电流，必须在AQW0中设置输出数为20000，计算出所需要的输出数数量：(32000／20mA)×12. 5mA= 20 000。    (2)模拟量扩展模块。EM235为最常用的模拟量扩展模块，实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。EM235扩展模块接线图如图12-14所示。
    图12-14    EM235模拟量扩展模块连线图    (3) TD200。TD200具有文本显示功能，可以通过选择项确认方法，显示最多80条信息，每条信息最多可包含4个变量、5种系统语言。    二、设计思路    EM235与PT100的连接如图12-15所示。    在电路中，为了将PT100的温度变化的阻值转换为电压，模拟量输出使用恒电流源，将输出的12. 5mA恒电流供给PT100传感器。该电路最后产生了5mV/℃的线性输入电压。    EM235将这个电压转换成数字量，程序周期地读取这些数字量，并将所读的这些数，计算出温度，公式如下：
    图12-15    EM235与PT100的连接图    T=（温度数字量-0℃偏执量）／1℃数字量    (12-2)    式中，温度数字量表示存储在AIWi（i=0，2，4）中的数值；0℃偏执量表示在0℃测量出的数字量，该值为4000；1℃数字量表示温度每升高1℃的数字量。    三、程序设计    本实例主程序实现的功能：通过PT100 RTD测量温度，采用TD200显示温度。TD200用STEP7 - Micro/WIN或STEP7 - Micro/DOS编程软件进行编程，无需其他的参数赋值软件。    本实例对应的梯形图以及程序代码如下：    (1)网络1对应的梯形图如图12-16所示。
    图12-16    网络1对应的梯形图    对应的程序代码如下：    LD    SM0.1    ∥首次扫描周期SM0.1=1    MOVD    +0，VD196    ∥清除VW196和VW198    MOVW    +16，VW250    ∥在VW250中装入1℃数字量16    MOVW    +4000，VW252    ∥0℃偏执量为4000    MOVW    +300，VW260    ∥温度上限为30℃    MOVW    +200，VW262    ∥温度下限为20℃    MOVW    +20000，AQW0    ∥Io输出数为20000    (2)网络2对应的梯形图如图12-17所示。
    图12-17    网络2对应的梯形图    对应的程序代码如下：    LD    SM0.0    ∥SM0.0总为1    MOVW    AIW4，VW200    ∥把测量温度数字量装入VW200    -I    VW252，VW200    ∥减去0℃偏执量    DIV    VW250，VD198   ∥除以1℃数字量    MUL    +10，VD196    ∥余数乘以10    DIV    VW250，VD196    ∥10乘以余数/16=-位小数点的数    MOVW    VW198，VW160    ∥保存一位小数点的数，即温度小数值乘以10    MOVW    +0，VW198    ∥删除VW19 8中的数    MUL    +10，VD198    ∥温度整数值乘以10    +I    VW160，VW200    ∥温度整数值乘以10+温度小数值乘以10    MOVW    VW200，VW116    ∥传送结果到VW116以供显示    S    V12.7，1    ∥显示信息1的使能位V12.7=1    (3)网络3对应的梯形图如图12-18所示。    对应的程序代码如下：    LDW>=    VW200，VW260    ∥若温度超过设定的上限    =    V12.6    ∥则显示信息2的使能位V12. 6=1    R    Q0.0，1    ∥停炉    MOVW    VW260，VW135    ∥VW136里的上限供信息2显示    (4)网络4对应的梯形图如图12-19所示。
    图12-18    网络3对应的梯形图

    图12-19    网络4对应的梯形图    对应的程序代码如下：    LDW<=    VW200，VW262    ∥若温度低于设定的下限    =    V12.5    ∥则显示信息3的使能位V12. 5=1    S    Q0.0，1    ∥开炉，即输出端Q0.0=1    MOVW    VW262，VW156    ∥VW156中的下限信息供信息3显示    (5)网络5对应的程序代码如下：    MEND    ∥主程序结束    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，所以需要测量和控制温度。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。    本实例以工业生产中常见的温度监测和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，PLC还可以实现更复杂的控制算法，实现更精确的控制。