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1、基于PLC的温度监控系统设计摘要：可编程逻辑控制器(PLC)被研制成大约在1968年。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多
2、行业。本文所涉及到的温度监控系统能够监控现场的温度，并且能够现场控制和通过计算机控制。 关键词：PLC编程语言温度Design of the temperature supervisory system based on PLCAbstract: The programmable logic controller (PLC) was developed in 1968. PLC is a solid-state device used to control machine motion or process operation by means of a stared program .The
3、 PLC sends output control signals and receives input signals through input/out (I/O) devices. PLC design is for bad industrial environmental use. Because of the comprehensive computer and automatic technology， make its development change with each passing day， exceed the engineering level while it a
4、ppears greatly. It can finish logic， order， timing， count， digital operation， data processing， etc. function very easily， and can establish with all kinds of connection with analog quantity of amount of mechanical figure produced through the input-output interface， thus realize the automatic control
5、 of the production process. Especially the rapid development， information， arrival of cyber times of the very large scale integration， expanded the function of PLC， makes it have very strong networking communication ability， thus widely apply to numerous trades even more. The temperature supervisory
6、 system that this paper is concerned with can the temperature of monitoring send， and can the control on-the-spot with control through computer. Keywords：PLCProgramming languageTemperature1 引言在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。随着科学技术日新月异的发展，特别是大规模集成电路问世和微处理技术的应用，在1969年美国D
7、EC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上的获得成功。其后日本、德国等相续引入，可编程控制器迅速发展起来。可编程控制器（PLC），使电气控制技术进入了一个崭新的阶段。因此可编程控制器广泛应用工业控制中，PLC系统能够监控反应的温度，就是PLC的一个典型应用。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应
8、用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。 进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC 如虎添翼。目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。PLC之所以应用广泛，是因为PLC有很多优点，本文涉及的温度监控系统是以PLC为核心的监控系统。本系统的控制是采用PLC的编程语言梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器
9、的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。温度监控系统作为一个应用系统，要不断地完善，适应时代和市场的需要才能有所发展。2.设计要求 PLC系统能够监控反应器的温度。开始工作时全速加热，到设定值时保温40分钟停止加热。通过串行方式在LED上显示3位温度值。保温过程中温度过高/低时能发出声光报警，声报警能用按钮手动解除，光报警在正常时自动解除。通过通信方式传送给监控电脑，监控电脑能检测对象的参数、状态。基于以上的要求，所设计的系统必须有以下结构模块：温度传感器单元、参数的LED串行显示单元、PLC模拟量转换单元、电
10、脑监测单元 。3.系的结构温度监控系统是将温度通过温度传感器传送到A/D模块，A/D模块将温度转换为数字量，再传送到PLC。其传送主要是通过PLC的指令，指令控制部分是接收外部各种控制信号，并完成对各种信息的处理以及完成对外部设备的控制。PLC与外部设备的连接主要是通过I/O口，其功能是接收输入信号，传出输出信号。整个系统包括：PLC、A/D模块、显示电路。系统原理框图如图1所示。温度传感器加热单元显示电路FP0A21电脑 图 13.1 PLC类型的选择目前，各个厂家生产的PLC其品种、规格及功能都各不相同。由于本设计的需要我选择了日本松下电工公司的FP系列PLC，既FP0。FP0是超小型PL
11、C，之所以选择松下公司生产的PLC，是因为其产品特点有以下三个特点：（1）丰富的指令系统，有将近200条指令（2）有强大通信功能。（3）CPU处理速度快3.2 温度传感器3.2.1 温度传感器的类型温度传感器有热电偶和热电阻两种类型。3.2.2 类型的选择在选择温度传感器时根据不同的场合选择类型，本设计由于需要选用PT100温度传感器，铂热电阻PT100是国际温标ITS-90标准中的工业温度测量元件之一，所以利用PT100温度传感器具有一定的典型性，有利于工作系统的稳定。铂热电阻温度传感器是一种精度高，稳定性好，抗环境干扰能力强等。 3.2.3 工作原理铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时
12、自身电阻值也随之改变的特性测量温度，显示仪表将会指示出铂电阻的电阻值所对应的温度值。当被测介质存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。3.2.4主要技术指标（1） 绝缘电阻：常温绝缘电阻的试验电压可取直流10100V，任意值。（2）热响应时间：在温度出现阶跃变化时，热电阻的电阻变化到相当于该阶跃变化的50%所需的时间，称为热响应时间， 用0.5表示。（3）公称压力：一般是指在工作温度下，保护管所能承受的静外压力而不破裂。3.3 A/D模块及其温度控制编程与FP0配接的A/D混合模块的型号为A21，在实际应用中往往需要通过模拟量所采集的值，对执行机构进行控制。3.3.
13、1 A/D模块的介绍A21模块有2个模拟量输入通道：CH0、CH1。占用I/O通道分别为：CH0-WX2（模拟量输入通道）；CH1-WX3（模拟量输入通道）根据本系统的要求应选择CH0通道。3.3.2数据转换由于A21的输出数据是十进制的，也就是说DT0中的数据是十进制的，那么必须将温度25度转换为相应的十进制才可以比较，即数据转换的问题。可通过以下计算思路，得出温度与相对应的十进制值的关系。温度传感器的输出信号为020mA的电流值，对应于0度100度的温度，温度与电流是线性的，则有：Y1=5x1+2其中 y1 代表温度值，x1 代表电流值，根据以上数据转换图表，当输入420mA时，温度值与十
14、进制存在以下关系：k2=200x21000，且x2=20MA，k2=4000则有温度值和十进制的关系如下：(Y1-2)/5=k2/200其中y1和k2 分别代表温度值和十进制值。当温度值为40时，对应的十进制是1520，根据以上分析，我们可计算出任意模拟量输出的物理量与计算机所能处理的十进制之间甚至二进制的关系，从而为计算机与物理量数据的交互提供了一个通道。在本文的应用中，通过PLC模拟单元对数据的转换和传递，实现了实时模拟值与需求值不断比较，直到达到需求值时所应执行的动作。因此在程序中用K1520与DM0中的数据比较；用CMP指令实现，同时产生一个标志。但在本文应用中需要注意两点：一是由于P
15、LC采用的扫描工作方式，存在着扫描时间，因此所采集的值到执行件执行时模拟值已发生变化，同时，若我们用CMP指令时，取值一般是小于等于或大于等于这个结果，因为PLC运行时，CPU只能分时的一个一个操作地执行，那么模拟值等于需求值同时又在执行CMP的指令的概率就很小，极其容易导致死循环。因此我们用以上介绍的方法时，应用在执行元件取值的范围允许大于PLC一个扫描周期内模拟值变化的状态。3.3.3软件编程的思路在程序开始时，首先要将设定值写入输出通道，以便进行A/D转换，用第一次循环标志R9012执行。PLC上电后，需要约100ms开始进行A/D转换，为了使数据完全转换，在程序开始时，延时200到30
16、0ms后再从通道中用MOVE指令读出数据。该指令用于从模拟I/O单元读取数据，并把数据传送至目的寄存器中。经过A-21将温度的值输入PLC内部后，可以通过DT0值执行动作。这里介绍一下在温度为25度时停止加热。为实现这样的功能我们的思路是：温度为25度作为一个标准值，拿这个值与DT0中的值不断的比较，直到DT0中的值等于25度，DT0中的值为25度产生一个标志，在R900B为ON后，表示温度已达到设定值，可执行相应的动作处理。3.4 显示电路在工业控制、仪器仪表、图形显示和邮电及其它行业的窗口广告显示系统中，需要有一种LED显示驱动电路。从目前的LED显示驱动电路来看，普遍采用一种定时或中断控
17、制方式要占据一部分时间。然而对实时性很强的工控系统来说该方法就显得不太合适。当控制的回路数很多时，矛盾尤为突出。本系统的显示部分采用PS7219显示驱动器，因为PS7219有很多优点。3.4.1 PS7219简介PS7219是Maxim公司生产的高性能，低价格的8位LED（或64只独立的LED）显示驱动器，它采用同步串行外设接口（PS1）。仅需PLC的三个控制信号即可与任何一种单片机方便接口。实际上只要符合其接口逻辑。PA7219同样可应用PLC，不管显示多少位数据。均只占用PLC三个接口，大大方便了显示电路，从而大大节省了PLC的端口资源并可在产品设计中使显示电路简单化。3.4.2 PS72
18、19的主要特点：l 串行接口信号频率可达。l 可独立控制各段。l 可选择编码或非编码方式。l 在关断方式下，显示数据不改变，维持电流仅。l 可用数字和模拟两种方式控制显示亮度。l 内含双端口静态。l 可直接驱动共阴极显示器。l 串行数据传送格式表1中，串行数据共有16位。其中70为数据位，118为要写入该数据的寄存器地址，1512是无关位(可为任意数)。表1D15 D14 D13 D12D11 D10 D9 D8D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0无关位地 址数 据3.4.4通讯时序图数据发送按由高到低的原则，首先发送15，最后发送0。发送到端的串行数据在每个的下降沿被移入到内部16
19、位寄存器中。在的上升沿，最后接收到的8位数据被锁存到对应地址的数字或控制寄存器中。必须在锁存0的时钟下降沿同时或之后，但在下一个时钟下降沿之前变高，否则数据将会丢失。 3.4.5 PS7219数字与控制寄存器PS7219内部共有统一编址的8位寄存器15个，分8个数字寄存器和7个控制寄存器，它们均可单独直接寻址，这样就可对单个数据或控制字进行更新。3.4.5.1 数字寄存器地址0108，对应18。不译码时，60分别对应标准7段显示器的，正逻辑显示。译码时，30为显示数据的码。无论译码与否，7为1，则该位小数点显示。3.4.5.2 译码方式寄存器地址09，07对应18，正逻辑译码。例如0为1，则1
20、工作在译码方式。3.4.5.3 亮度控制寄存器地址0，30分32档控制亮度，0000全熄，1111最亮。74未用。3.4.5.4 扫描界线寄存器地址0，由20内容设置所显示数据的多少，可从1到8。例如111控制8个全部显示。3.4.5.5 掉电模式寄存器地址0，0=0，7219工作于掉电模式，此时扫描振荡器停止工作，引脚将置高，显示器不显示，功耗降到最低。在数据和控制寄存器中的数据保持不变。掉电模式可被任何控制功能取消。3.4.5.6 闪烁控制寄存器地址0，07对应18，正逻辑闪烁(即为1时，对应位闪烁)。3.4.5.7非工作寄存器地址00，用于7219级联。此时把所有器件的输入连接在一起，而
21、把连接到相邻7219的上。例如，如果要对第3片芯片写入时，先发送所需的16位字，然后跟二个16位非工作代码0。当变高时数据被锁存在所有器件中，前二个芯片接收的是非工作指令，而第3个芯片则接收到预期的数据。在起始上电时，所有控制寄存器被复位为00，此时显示器不显示。因此用户在初始化阶段至少应进行译码、亮度及扫描线控制寄存器的编程，保证7219能正确显示。4.软件编程本系统采用调用子程序方式对ps7219进行控制，传送位数据的地址位和数据位。在主程序中对ps7219的初始化。包括：译码方式寄存器、显示亮度寄存器、扫描个数寄存器等。显示程序实际上就是在CLK和LOAD时序的配合下不断通过DIN向ps
22、7219的相应控制寄存器和数据显示寄存器写入16位二进制数据的过程。所以问题的关键在于编写一个通用的写入子程序将CPU的内容从高位到低位在CLK的作用下依次移入到ps7219的移位寄存器，最后在LOAD的上升沿锁存到相应的内部控制寄存器和数据显示寄存器中。 5. 报警电路报警电路部分是为了方便对于本部分的硬件电路比较简单，主要是软件的编程，其程序如下：6.程序的结构框图 初 始 化显示温度是否到设定值停止加热加 热保温阶段与设定值比较报 警YNN低系统的程序框图如右图所示。7.结束语随着计算机控制技术的发展，可编程序控制器（PLC）凭借其自身所具有的抗干扰能力强、稳定性好、可靠性高、编程简单、
23、维护量小等一系列特点，在现代控制领域占有越来越重要的地位。近年来，世界上各生产厂家相继推出多种新型PLC，其主要特点是：功能强大，具有网络功能，不仅能实现复杂的逻辑控制，还能实现顺序和定时的闭环控制功能，并能组成分布控制系统等。然而PLC在对模拟量处理中虽然厂家推出了各种模拟采集模块，但造价高、路数少、扩展麻烦，在模拟量多的控制场合中应用受到限制。本文利用PLC完善的功能与温度传感器，PS7219，LED，A/D转换等相结合，有效而可靠地实现了对温度的自动控制。实践表明PLC抗干扰能力好，寿命长，可靠性高，非常适合工业控制系统及类似的生产线。本设计既充分利用PLC的特点，又对PLC的控制功能进行扩充，使其具有显示直观，运行可靠。 参考文献 1凌云.PS7219显示驱动器及其在PLC中的应用.湖南冶金职业技术学院报，2003（）2张桂香.电气控制与PLC应用.化学工业出版社，20033王成福.PLC在多路温度采集显示系统中的应用.电子技术，2003（）3张桂苓.浅谈现代PLC的优势特点.电子技术，2003（2）5李丹，杨素英.可编程序控制器通用数据采集方法的研究.大连理工学报，2001（6）
