通化西门子一级代理

介绍了由西门子公司S7-200系列PLC构成的温度控制器，并阐述了VB环境下计算机与PLC温控系统的串行通信技术，给出了部分程序，通过实例表明，该系统可靠性高，监控方便。

　　因为PLC具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，成为了当今及今后工业控制领域的主要手段和自动化控制设备。在许多行业的工业控制系统中，温度控制都是要解决的问题之一。在一些热处理行业，由于使用简单的温控仪表和温控电路进行控制，存在控制精度低、超调量大等缺点，这样就造成了产品质量不高，能源浪费等问题。

　　基于PLC在工业控制领域的普及性和温度控制的重要性，设计了一个基于PLC的智能温度控制系统，具有很广的应用空间。同时，由于PLC具有自身的一些缺点，即数据的计算处理和管理能力较弱，不能提供良好的用户界面，因此妨碍了对现场温度变化的跟踪与监控，而计算机可以很好的弥补的这一缺点。用计算机与PLC组成的主从式实时监控系统，能够充分发挥各自在工业控制中的优势，实现分散控制、集中监控等全新功能。本系统采用西门子公司S7-200系列PLC，通过PLC串口通讯与计算机连接，监控界面友好，运行稳定。

　　1、PLC温度控制系统

　　在锅炉温度控制系统中，电加热锅炉是过程控制工业中常用的设备，其温度控制也是过程控制的一个重点。PLC温度控制系统的结构如图1所示，PLC通过加热棒及风扇分别控制炉子的加热及降温。计算机则实现目标温度的设定、动态显示、参数的设定等功能，从而实现实时温度监控。

　　2、系统构成

信号处理、温度调节等功能。在，温一个温度控制系统一般具有温度信号采集、PLC的温度控制系统中度信号的采集可以使用常用的温度传感器(热电偶、热电阻)。由温度传感器检测来的信号不是标准的电压(电流)信号，不能直接送给A/D转换模块。因此温度传感器采集到的温度信号要经过变送器的处理后才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。根据所使用的温度传感器选用对应的温度变送器。S7-200系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块为EM235，EM235为4路模拟量输入，1路模拟量输出。PLC对温度信号进行处理后，通过模拟量模块输出电流信号，电流信号可以通过调压器来控制电源的开度(即一周期内的导通比率)，从而控制电源的输出功率。加热器根据电源输出功率调节加热强度，从而达到温度调节的效果。

　　3、温度PID控制的实现

　　对于模拟量信号的控制PID(比例+积分+微分)算法控制。S7-200系列PLC有专门的PID回路指令，对模拟量进行PID控制十分方便。PID指令使用的算法:(nSP为第n个采样时刻的给定值，n为过程变量值，MX为积分项值)

　　PID指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID循环计算。在执行PID指令前，要建立一个参数表，一般要对表1中的参数进行初始化处理。

　　在实际控制过程中，无论是给定量还是过程量都是工程实际值，它们的取值范围都是不相同的。因此在进行PID运算前，必须将工程实际值标准化。PLC在对模拟量进行PID运算后，对输出产生的控制作用是在[0.0，1]范围的标准值，不能驱动实际的驱动装置，必须将其转换成工程实际值。

　　由于电加热炉具有较大的延时性，所以采输出值，0.0～1.012Kc数正数双字，实数I回路增益，正、负常数16TsI采样时间，单位为s，正20TiI积分时间常数，单位为min，24TdI微分时间常数，单位为min，正数式控制。大致采用三段控制:段，开始阶段置电源为满开度，以大的功率输出克服热惯性;第二段，等到温度达到一定值转为PID控制;第三段，接近设定点时置电源开度为0，提供一个保温阶段，以适应温度的滞后温升。X，Y根据实际设定。

　　PID参数的调节是很重要的，调节方法有很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法.它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握。在工程实际中，控制系统难以建立起jingque的数学模型，所以一般采用工程整定法。PID参数的工程整定法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。在这里选用临界比例度法，整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

　　4、PLC与计算机通讯的设计

　　由于VB具有强大的图形处理功能，界面可视化性强，而且操作简单，容易实现，故采用VB来实现上位机和下位机的通信。其下位急是S7-200系列PLC，上位机是通过RS-232串行口与PLC相连的计算机。

　　4.1PLC程序部分

　　S7-200支持多种通讯模式，其中在自由口通讯方式下，用户可以利用梯形图程序中的接收完成中断、发送完成中断、发送指令和接收指令完成S7-200系列PLC与上位机的通讯。

　　PLC的CPU处于STOP模式时，自由口通讯被禁止，只有当CPU处于RUN模式时，才可使用自由口通讯。SMB30(这里选择端口0)是自由口模式控制字节，用来设定校验方式、通讯协议、波特率等通讯参数。发送指令XMT启动自由端口模式下数据缓冲区中的数据发送，它可以方便地发送1~255个字符，如果有中断程序连接到发送结束事件上，在发送完成后，端口0会产生中断事件9，也可以监视发送完成状态位SM45的变化。接收指令RCV可以初始化接收信息服务，通过指定的通讯端口接收信息并存储在数据缓冲区内。在接收完后一个字符时，端口0产生中断事件23.PLC初始化程序如下:

　　4.2上位机程序部分

　　VB带有专门管理串行通讯的MSComm控件，利用它只需设置几个主要参数就可以实现PLC与计算机串行通讯。计算机采用VB编程，主要有监控界面、当前温度显示、动态温度曲线显示、参数设置以及与PLC通信等方面的设计。通信参数设置程序如下:

　　MSComm1.CommPort=1https://设置通讯口为COM1

　　MSComm1.Settings="9600，n，8，1"https://波特率9600bps，无奇偶校验，8位数据，1位停止

　　MSComm1.bbbbbLen=8https://一次读取8个字节

　　MSComm1.PortOpen=Truehttps://打开通信端口。计算机端的VB程序利用MSComm控件与S7-200交换数据，通过自由口通讯程序从现场采集温度信号。并且上位机程序可以设定初始温度和PID参数、显示动态温度曲线。

　　5、结束语

　　本文介绍了基于S7-200系列PLC的智能温度控制器系统。阐述了温度控制的实现方法。介绍了VB环境下实现上位机和PLC温度监控系统的串行通信的技术。经过现场调试表明，本系统具有可靠性高，监控方便等优点。由于PLC在工业领域使用的普遍性，该系统有很大的使用范围

 关于PLC与DDC，哪个应用在楼宇自控系统中更有优势，做如下面的比较：

　　1.应用领域：DDC是由PLC发展而来的 ，PLC是专门应用在工业自动化方面的，在国内几乎全部的工业生产流水线控制 系统，火力发电厂控制系统，钢铁厂控制系统都是应用了PLC系统，目前也有相 当一部分楼控系统也应用了PLC。楼宇自控DDC是生产厂家根据楼宇自控特点从 PLC发展而来的，与PLC的区别其实只是在其内部固化了一部分程序，但同时也缺 少的PLC的灵活性和应对复杂电磁干扰环境的能力。

　　2.结构差别：通过多年的发展，现在 的PLC在网络方面其实与DDC是一样的，也支持多种协议，也是分层结构，也可以 实现点对点通讯，PLC分布在现场的各站点是不需要通过上位机就能进行通讯管 理的。

　　3.软件特性：DDC系统的上位机软件多 为专用软件，其实从另一个侧面说明其不兼容，每个厂家的软件都有不一样，而 且很多是英文的，这对技术员来讲更是恶梦的开始。而PLC系统上位机软件既可 是专用软件，又可是通用组态软件，现在国内通用组态软件都是纯中文的，组态 灵活方便。通用组态软件能应对复杂的工业控制系统，对区区楼控又何在话下。 再说无论是PLC系统还是DDC系统的调试都是有调试人员完成组态，再培训业 主操作管理，对业主来讲其实是一样的，反观通组态软件既能实现软件的所 有功能，又能实现软件很多不能实现的功能（如高仿真界面、人声报警、用 户定制功能等）。

　　4.性：现在很多楼控工程都应用 了PLC系统，事实证明上述DDC功能PLC系统也能完成，经验丰富的PLC楼控实施商 ，也已积累了全部控制流程程序、能源管理及节能程序，同时由于其对所有流程 程序拥有源程序，所以可以针对不同项目迅速做出量身定制的功能。由于也有现 成的流程程序，现场调试工作也非常短，同时也会比DDC调试更顺利，因为DDC内 置程序只有接口函数，是固定格式，如遇特殊需求就得与远在千里之外的厂家工 程师联系，而且能不能解决就不一定了。

　　5.扩展性：谁都知道PLC系统是通用性 、开放性系统。现阶段大多数PLC系统与大多数DDC系统操作员站之间用的都是 TCP/IP协议，都可以做到有网络就可接入。而目前DDC系统软件按用户数收取昂 贵费用，令大部分已完工的楼控系统对分控操作站想要而不敢想啊！PLC系统正 好有此优势。

　　6.安全性：其实这个问题只要想象一 下:一个火力发电厂正在发电，突然一个PLC模块坏了，如像上述所说的要将整个 系统停机才能更换，那会是怎样的后果，锅炉都有可能爆炸啊！呵呵！比楼控后 果要严重得多吧！现在很多PLC系统的模块都是热拔插、热备冗余（这几个功能 ，楼控好像是这几年向PLC学的吧），PLC是面向工业环境开发的，在复杂的工业 控制环境下模块的故障或系统停机都可能产生重大事故或人员伤亡，可靠性要求 较DDC又何止高一等啊！不知上述论述是怎么产生的。PLC控制核心能够在恶劣的 环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强 ，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。 

　　7.调试繁简度：PLC编程现在用得多 的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平，普通电工就能 学会。

　　现在的PLC系统与DDC系统一样，都能 坐在舒适的机房内通过一台笔记本电脑和一根网线就能将系统全部调试好。至于 精度问题拿产品技术参数一看便知啊！只想说一句：难道工业控制对精度的要求 会低于楼控？我想是个人都不会这样想吧！哈哈！现代化工业生产线上的控制系 统动不动就是上万点（基本上都采用PLC，却没有一个用DDC），而且要求做到毫 秒级网络连接，DDC能做到不？

　　综述：其实DDC是由PLC发展而来的， 是生产厂家专门针对细化市场而设计的，其与PLC大的优势就只有固定的一部 分控制程序这一项，其它性能方面应都较PLC差。DDC由于只针对楼控这一个 细分市场，全国市场容量不大，也就造成DDC为什么性能不突出，价格却较高的 根本原因。DDC中固定一部分控制程序，厂家的初出发点是因为楼控系统的承 建方，大多是弱电系统集成商，这个群体对自控技术接触得相对较少，所以厂家 必须做一个容易的产品供其调试。但正因为这样也便其失去了灵活性。如碰上了 经验丰富的自控工程师，其产品内固定的程序反而成为其发挥能力的包袱。楼控 系统完工交付用户后，由于用户维护工程师在社会上接触得更多的是PLC，PLC编 程现在用得多的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平 ，普通电工就能学会，所以其维护技术和成本反而更低