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　引言

　　随着电子技术的发展，可编程序控制器(PLc)已经由原来简单的逻辑量控制，逐步具有了计算机控制系统的功能。在现代工业控制中，PLC占有r很重要的地位，它可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。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。如塑料挤出机大都采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，很难生产出高质量的塑料制品。在一些热处理行业都存在类似的问题。为此.设计了较为通用的温度控制系统，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。系统采用罗克韦尔SLC500系列PLC，通过PLC串口通信与计算机相连接，界面友好、运行稳定。

　　1系统构成

　　基于PLC的温度控制系统一般有两种设计方案，一种是PLC扩展专用热电阻或热电偶温度模块构成，另一种是PLC扩展通用A/D转换模块来构成。

　　1.1扩展热电阻，热电偶模块

　　在SLC500控制器扩展模块中.有集温度采集和数据处理于一身的专用智能温度模块一热电阻砘阻信号输入模块(1746一NR4)。在此模块中温度模拟量产生对应的16位A/D数字值，其对热电阻变送的温度信号的分辨率约为1/8度，控制器在数值处理中可以直接使用模块的转换值，无需在硬件级电路上作其他处理。热电阻温度模块的使用十分方便，只需要将热电阻接到模块的接线端子上，不需要任何外部变送器或外围电路。温度信号由热电阻采集。变换为电信号后。直接送人温度模块中。热电偶/毫伏输入模块(1746一NT4)的功能与热电阻/电阻信号输入模块(1746一NR4)类似。系统如图1所示。

　　1.2扩展通用A/D模块

　　在PLC温度控制系统中，可以用通用模拟量输入输出混合模块构成温度采集和处理系统。通用A/D转换模块不具有温度数据处理功能。因此温度传感器采集到的温度信号要经过外围电路的转换、放大、滤波、冷端补偿和线性化处理后，才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。SLC500系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块有一2路差分输入/2路电压输出模块(1746一N104V)，其A/D转换为16位。由A/D转换模块构建的温控系统不但需要外加外围电路，而且其软件和硬件的设计也比较复杂。系统如图2所示。

　　2输入输出控制

　　比较而言用温度模块1746一NR4构建的PLC温控系统具有较好的控制效果。SLC500控制器的输入通道中一个热电阻模块多可以接4个温度热电阻温度传感器。输出通道为模拟量输出模块(1746N104V)，其输出信号是电压信号，可以通过电压调整器控制电源的开度(即一周期内的导通比率1。从而控制电源的输出功率。

　　在被控对象要求较高的控温精度时.SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令进行PID控制算法的研究。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法：

　　输出=Kc[(E)+I/TiJ fE)dt+Td·D(PV)/Dt]+bias

　　程序设计时，输入PID指令后，要输入控制块，过程变量和控制变量的地址。对于SLC500 PID指令，过程变量(PV)和控制变量(cv)N者的量度范围为0到16383。在使用工程单位输入时。必须首先把用户的模拟量范围整定在0-16383数字量度范围之内，为了实现这个目的。需要在PID指令之前使用数值整定指令(SCP指令)进行整定。整定原理如图3。

　　整定了PID指令的模拟量UO范围.用户就能输入适用的小和大的工程单位。过程变量，偏差，设定点和死区将在PID数据监视屏上以工程单位显示。图4为PID指令的设置界面，表1为PID指令各参数的说明。

　　一般温控系统的控制算法可以采用分段式PID控制，即在系统工作的大多数时问内。为PID控制.其参数由10%电源开度下的温度飞升曲线测得。在温度响应曲线的由初态向设定点的上升段过程中，大致采用三段控制。首先置电源为满开度，以大的功输出克服热惯性：接下来转入PID控制;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。基于以上要求.PID指令各参数可设置如表2所示。

　　温控系统中热电阻模拟量输入模块的电压信号范围一般是O一4124，SCP指令把它整定为0—16383的工程单位，将其值放入PV(过程变量)的内存地址N7：38中，把控制输出值放入N7：39当中。后用MOV指令把N7：39中的过程变量传递到1746N104V模拟量输出模块中。控制效果如下：(1)sP—PV≥50时，输出值为大值32767，使电压调节器开度大，即给加热器大电压供电，使被测对象温度快速上升。(2)SP—PV>一30和SP—PV<50时，输出为PID控制输出，此范围为PID参数调节的范围。(3)SP—PV<一30时，输出值为小值0，电压调节器开度为零.即停止加热。

　　3显示扩展

　PLC控制系统显示界面比较单调，一般是通过观察控制柜上的指示灯或PI.C的LED灯来了解控制器状态，但对于温控系统这样的显示是不够的，需要采用数码管显示或PC显示。采用数码管显示时，叮以选用ZLG7289A芯片，它与控制器采用3线串行接口，只需要占用SLC500的3个输出点。可以驱动8个LED数码显示管，同过级联可以扩展数码显示管的数量，实现多段实时温度显示。SLC500与ZLG7289A的连接如图5所示。 

　　图5中cS为片选输入端.此脚为低电平时，可向芯片发送指令;CLK是时钟输入端，;DATA是串行数据输入端，串行数据在时钟CLK的止升沿有效。8个段驱动信号SEG接每个显示器的段，8个位驱动信号DIG0--DIG7分别接显示器的共阴极公共地。

　　SLC500有RS232通信口.可以通过专用电缆与Pc机相连。通过Rsview32软件的组态，PC机可以动态显示PLC传送的温度采集数据，还可以通过联网对多台PLC进行脚络监控。

　　4 PLC与PC通信设计

　　4.1 PI.C数据包的信息格式

　　SLC500与上位机进行数据交换是以二进制字节数据进行，它包含四种主要命：读命令，代码：01H;响应读命令，代码：41H;写命令，代码：08H;响应写命令。代码：48H。故PI。C数据包的信息格式如图6所示：

　　DST：一个字节，信息接收方的节点号或文件号;

　　SRC：一个字节。信息发出方的节点号;

　　CMD：一个字节，命令类型如01H.41H，08H或48H;

　　STS：一个字节，通信状态。表示通信有无错误或错误类型，0为无错误：

　　TNS：二个字节，信息包的业务批号，可作为本信息的识别编号：

　　Addata：地址序书数数据.具体内容由不同的命令类型决定。

　　PLC与Pc机的数据通信采用自由端口通信模式，参数置成为波特率9600bps，每个字符8位数据，无奇偶校验。采用主从式通信协议，Pc机为主机，只有Pc机有权主动发送报文，PLC则采用报文接受数据。用RSLogix500软件对SLC500的串口进行如下设置：

　　1)set the module for full duplex BSC(DFl full duplex)

　　21 set the module for bbbbbded response

　　31 set detect for automatic

　　4)disable duplicate packet detect

　　5)set the baud rate for 9600.

　　4.2 PC机程序

　　PC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、温度数据库管理、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：

　　PC机采用中断方式接受SLC500传来的实时温度。即串日收到数据，VB通信控件会触发OnComm事件，在OnComm事件程序中接受数据并处理。一个温度数据为16位两个字节，SLC500传送温度数据时，按报文传送格式高低字节正好相反，因此，VB程序要对接收的数据进行处理.并按照SLC500温度采集的精度(1/8度)转换成温度值用于显示。

　　5结束语

　　本系统设计使用了PLC的热电阻温度采集模块.在上位机的控制下，对工业现场的温度进行实时的采集和监控。本文作者的创新点是，采用了罗克韦尔的SLC500控制器来实现整个系统的设计，并编程实现了SLC500控制器与计算机串口的实时通信。由于PLC可以适应环境恶劣的工业现场，故其使用范围十分的广泛。

　0引言

　　在石膏板生产线中，石膏板切断难度在于切断时飞剪速度水平分量与主线速度(石膏板运行速度)的一致性及飞剪速度均匀变化的控制，只有将这两个关键变量控制好，才能保证切断质量。石膏板的切断质量直接影响后续工序的生产，并且高精度切断更可以减少浪费，给企业带来更多的效益。

　　1切断控制系统的组成

　　石膏板生产线切断控制系统主要由MICR01500PLC，LENZE伺服9326EK，测长轮及旋转编码器组成。MICROl500的高速计数模块(HSC)将检测到的编码器脉冲信号转换成速度信号，并且将速度信号通过模拟量输出模块(AO)输出至LENZE伺服控制器，伺服控制器直接控制LENZE伺服电机完成切断过程。通过改变AO输出值实现飞剪速度的快慢调节。测长轮编码器是石膏板实际长度及主线速度的检测元件，旋转编码器是飞剪位置检测及速度控制的检测元件。切断系统简图如图l所示。

　　2切断控制的数学模型

　　为了提高剪切断面质量，不划伤板材表面，要求切断过程飞剪在石膏板前进方向上的速度分量同主线速度一致。为了解决这一问题，在一次剪切周期中，将飞剪的运动分成几个工作速度段来考虑。飞剪加速(图l中GB：加速区)，同步剪切(图1中BC：同步区)，减速及G点等待(图l中CG：减速区)。飞剪工作速度区间是以旋转编码器计数脉冲数量来划分。本系统中采用LEC-S1系列旋转编码器，并且旋转编码器与飞剪机械同步，旋转编码器每转输出5000脉冲，为了提高剪切精度，程序中进行了4倍频处理，即旋转编码器每转一周，PLC程序中按20000脉冲计算。当旋转编码器脉冲数在0-14000时，飞剪处于加速区l当脉冲数时，飞剪处于同步区，当脉冲数16000—20000时，飞剪处于减速区。切断系统数学模型主要以下3个公式。

　　L：设定剪切长度的等效脉冲数

　　A：已经走过的带板脉冲数

　　B0：飞剪一周脉冲数

　　B：飞剪已经走过的脉冲数

　　VL：主线速度

　　Vr：飞剪速度

　　公式(1)计算出石膏板实际检测的等值板长与飞剪检测的等值板长差值，当飞剪运行至剪切点B时，保证△P=0，使实际切断板长等于设定长度，实际生产过程中的切断误差在±3mm以内。

　　公式(2)计算出飞剪加速时的飞剪线速度(mm/s)。

　　公式(3)计算出飞剪减速时的飞剪线速度(ram/s)。

　　3控制系统的软件设计

　　在软件编制的过程中，充分利用了编程软件的模块化功能，各功能均以子程序方式调用方式实现。程序设计时还使用了该软件的中断功能，准确的计算出主线速度。主线速度是根据单位中断时间内测长轮编码器读取的脉冲数计算得出。图2是生产过程中测长轮编码器脉冲波形图。

　　飞剪速度以主线速度为基准完成加速、同步切断及减速停止等待过程。图3是生产过程中旋转编码器脉冲波形图。 

　　同时程序里设计手动切断和采样切断功能，可以满足不同生产情况下的切断要求。

　　4结束语

　　本石膏板生产线切断控制系统设计紧凑，简单合理，设备检测点及输出点少，因此可靠性很高，故障率降低，并且生产要求的主要功能都是通过软件逻辑与计算实现，减少了硬件维护成本。