新一代小型PLC的應(yīng)用

　　自EMERSON EC20系列PLC推向市場以來，以其卓越的性能，高品位的性價比，完善的服務(wù)體系受到用戶好評，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子、食品飲料、空調(diào)制冷設(shè)備、鍋爐、物流倉庫、科技農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、石油化工、供水、玻璃/鋼鐵、紡織機(jī)械、線纜機(jī)械、塑機(jī)、印染包裝等各個領(lǐng)域。本文介紹了EC20小型PLC在老化房控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并著重闡述了該產(chǎn)品的PID閉環(huán)功能在恒溫控制上的實(shí)現(xiàn)和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能對EMERSON EV2000變頻器運(yùn)行控制的實(shí)現(xiàn)。
   
    老化房控制系統(tǒng)工藝要求
   
    該老化房控制系統(tǒng)是家電、電子、電腦行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)檢測的重要設(shè)備，也是產(chǎn)品生產(chǎn)合格檢查的重要環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)采用EMERSON EC20 PLC和多臺EV2000變頻器，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫度和變頻器運(yùn)行的集中控制。老化房結(jié)構(gòu)如圖1所示： 主要要求如下：

    （1）該系統(tǒng)所控制的老化房面積達(dá)16m×30m，要求控制范圍在20℃～55℃，控制精度達(dá)±5℃，能夠在上位機(jī)對溫度設(shè)定/顯示/保存。

圖1 老化房結(jié)構(gòu)示意圖

    （2）該系統(tǒng)有3個風(fēng)機(jī)，用于進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)和排風(fēng)；有4個風(fēng)閘：進(jìn)風(fēng)閘，回風(fēng)閘，排風(fēng)閘，防火閘；2個防塵過濾網(wǎng)；6個火災(zāi)報警點(diǎn)；在正常情況下（溫濕度），關(guān)閉進(jìn)風(fēng)閥和排風(fēng)閥，停止進(jìn)風(fēng)電機(jī)和排風(fēng)電機(jī)，打開回風(fēng)閥和防火閥，啟動回風(fēng)風(fēng)機(jī)，保持老化房內(nèi)回風(fēng)循環(huán)；在高溫情況下，排風(fēng)閥和進(jìn)風(fēng)閥打開，啟動排風(fēng)電機(jī)和進(jìn)風(fēng)電機(jī)，抽出部分空氣；在火災(zāi)報警情況下，防火閥關(guān)閉，回風(fēng)禁止循環(huán)，全部從室內(nèi)抽出；同時排風(fēng)閥和進(jìn)風(fēng)閥打開，啟動排風(fēng)電機(jī)和進(jìn)風(fēng)電機(jī)，抽出室內(nèi)空氣。
   
    PLC控制原理
   
    PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 EC 20系列PLC結(jié)構(gòu)示意圖

    根據(jù)老化房工藝要求組成如圖2的控制系統(tǒng)：上位機(jī)采用臺灣研華IPC（工控計算機(jī)）；監(jiān)控畫面采用亞控公司的KINGVIEW軟件，該軟件操作簡單，元件形象豐富，性能穩(wěn)定；核心控制部分采用艾默生EC20-2012BTA類型的PLC和4個溫度采集模塊（EC20-4TC，接受K型溫度信號）；傳動采用艾默生EV2000通用型變頻器。
   
    在設(shè)備連接方面，EC20 PLC充分體現(xiàn)了自身的優(yōu)勢，由于EC20 PLC本身帶有2個串行通信口（1個RS232口，集成自由協(xié)議/編程協(xié)議/MODBUS從站協(xié)議，1個RS232/485口，集成自由協(xié)議/MODBUS主站/從站協(xié)議），EC20 PLC利用COM0口和IPC進(jìn)行通信（EC20 PLC做從站，設(shè)置成MODBUS從站協(xié)議），利用COM1和多臺變頻器組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制（EC20 PLC的COM1設(shè)置成MODBUS主站協(xié)議）。
   
    IPC為整個系統(tǒng)的人機(jī)接口，IPC讀取PLC采集的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)如各風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，各測溫點(diǎn)溫度，報警狀況并顯示在監(jiān)控畫面上，IPC又把各種操作命令傳給PLC以控制系統(tǒng)的運(yùn)行，如溫度的設(shè)定，PID參數(shù)設(shè)定，各種閥門的開閉，變頻器的啟動、停止等設(shè)定。并且可以實(shí)時監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)、動作過程及故障報警等，IPC還可以根據(jù)設(shè)定對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存打印。
   
    在系統(tǒng)設(shè)計中，EC20 PLC為整個系統(tǒng)的核心，執(zhí)行各種系統(tǒng)操作及計算，EC20 PLC根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場狀況進(jìn)行邏輯判斷，開閉各種閥門和啟停各風(fēng)機(jī)；同時利用自身的PID功能對溫度進(jìn)行控制，具體方法后面描述。
   
    艾默生EV2000系列變頻器自帶RS485接口的通訊單元，符合RS485通訊規(guī)范，用于實(shí)現(xiàn)PLC與多臺變頻器的聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)MODBUS通訊協(xié)議，可以通過RS485網(wǎng)絡(luò)輕松實(shí)現(xiàn)對變頻器的運(yùn)行控制。由于RS485通訊鏈路傳輸距離遠(yuǎn)、配線簡單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此在設(shè)計中，我們省略了變頻器的外部起停控制線路，對變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)高效的目的。
   
    監(jiān)控畫面
   
    整個系統(tǒng)監(jiān)控畫面主要分為主畫面（如圖3），實(shí)時溫度監(jiān)控（如圖4），PID參數(shù)設(shè)定（如圖5），三個部分（其他部分省略），具體如下：

圖3 主畫面

    主要完成對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控（如各種風(fēng)閥的開閉狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，報警狀態(tài)），數(shù)據(jù)統(tǒng)計（如系統(tǒng)運(yùn)行的時間，啟停系統(tǒng)的次數(shù)），溫度設(shè)定/測量等功能。

圖4 實(shí)時溫度監(jiān)控畫面

    主要用于對溫度的實(shí)時監(jiān)控，并描繪出溫度曲線趨勢，以便判斷系統(tǒng)的溫度控制是否處于良好狀態(tài)，同時可以實(shí)現(xiàn)對溫度進(jìn)行保存/打印等操作。

圖5 PID參數(shù)設(shè)定畫面

    主要用于比例常數(shù)P、積分常數(shù)I、微分常數(shù)D的設(shè)定，同時根據(jù)實(shí)時溫度曲線狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時顯示PID控制的輸出比例。

    對溫度控制的實(shí)現(xiàn)
   
    為便于對整個老化房內(nèi)溫度的控制，同時充分利用EC20 PLC自身PID功能和PWM脈沖輸出（Y0，Y1）的優(yōu)勢，室內(nèi)溫度區(qū)域分為2個部分（上層和下層各8個測溫度點(diǎn)），對溫度取平均值作為溫度的測量值，并把此平均值送入PID功能塊進(jìn)行運(yùn)算，同時對加熱執(zhí)行元件也進(jìn)行了分組處理：溫度偏差較小的情況下，進(jìn)行PID運(yùn)算，通過Y0輸出脈沖給SSR1，同時關(guān)閉SSR2，SSR3（即Y1，Y2停止輸出）；如果溫度偏差較大，則Y1，Y2也參加輸出，具體處理思路如下：
   
    通過此法處理可以把溫度控制精度保持在±0.3℃以內(nèi),而且無論提升溫度還是下降溫度都很快速；同時把PID輸出轉(zhuǎn)化為PWM的占空比輸出，又大大節(jié)省了PLC的資源（充分利用Y0，Y1的高達(dá)100KHZ的脈沖輸出功能）。
   
    EC20 PLC的編程軟件CONTROLSTAR的操作簡單方便，指令豐富，功能強(qiáng)大，是一個很優(yōu)秀的全中文編輯工具。
   
    實(shí)現(xiàn)步驟具體如下：首先，在數(shù)據(jù)塊設(shè)定PID各參數(shù)，其中的重點(diǎn)是設(shè)置P，I，D三個參數(shù)和輸出量的上下限范圍，由于PID的輸出結(jié)果直接和PWM結(jié)合在一起，所以設(shè)置時要特別注意，在本例子中，按照PWM的周期為4s（=4000MS）計算，把PID的輸出上下限分別設(shè)定為4000和0；另外按照逆動作（BIT0=1），輸出限定（BIT5=1）的要求對D7911各位進(jìn)行賦值。其次,在程序里調(diào)用PID指令和PWM指令用于控制Y0的輸出（對SV和PV的比較而進(jìn)行的邏輯控制輸出較簡單，故此處省略）。

　　對變頻器的啟?？刂?/STRONG>
   
    由于EMESON EC20 PLC和EV2000變頻器（非標(biāo)）都集成MODBUS協(xié)議，所以實(shí)現(xiàn)它們的通信相對比較簡單，整個網(wǎng)絡(luò)采用RS485通信方式。