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S7—200PLC在温度控制系统中的应用


第 2 l卷 第 3期 
21 0 0年 6月 

中原 工 学 院 学 报 
J 0URNAL OF ZHONGYUAN  NI     U VERS TY    CHNOLOGY  I OF TE

Vol 2   No.   I 1   3

J n ,0 0 u . 2 1 

/>文 章 编 号 : 6 1 9 6 2 1 )3 0 1 —0   1 7 —6 0 ( 0 0 0 — 0 3 3

¥  2 0 L 7 0 P C在 温 度 控 制 系统 中的应 用 
肖俊 明 , 张  锐 , 凌 云 , 海 明  焦 祝
( 中原 工 学 院 , 州 4 0 0 ) 郑 5 0 7 



要 : 以 金 刚 石 小 锯 片 连 续 烧 结 炉 的温 度 控 制 系 统 为 例 , 绍 了 s —2 0 L   介 7 0 P C在 温 度 控 制 系 统 中 的应 用 . 系 统 采  该

用 C U2 6主 机 、 电偶 模 块 E 3 、 拟 量 输 出模 块 E 3 P 2 热 M2 1 模 M2 2和 晶 闸管 电压 调 整 器 实 现 了 温 度 的 P D 控 制 . 过 采 用  I 通 分 段 式 P D控 制 烧 结 炉 温 度 , 现 了快 速 升 温 , 统 升 温 超 调 量 小 、 态 温 差 小 ( ℃ ) 达 到 了 金 刚 石 小 锯 片 的生 产 工  I 实 系 稳 ±5 , 艺要求.   关  键  词 : P C; 闸 管 电 子调 压 器 ; 度 控 制 ; I   L 晶 温 PD
中图 分 类 号 : TP 7   20 文 献 标 识 码 : A  DOI 1 . 9 9 j is . 6 1 6 0 . 0 0 0 . 0   : 0 3 6 /.s n 1 7 ~ 9 6 2 1 . 3 0 4

温 度 控 制 作 为 一 种 模 拟 量 控 制 , 泛 应 用 于 工  广

载 采用 星 型连接 , 采用 晶闸管 电压 调整器 控 制.  

业 控制 系 统 中 , 控 制 系 统 主 要 有 : 单 片 机 控 制 系  其 ①
统 :这 种 控 制 方 式 控 温 效 果 良好 , 单 片 机 控 制 系  但 统对 周 围环 境 的 要 求 较 高 , 恶 劣 的 生 产 现 场 抗 干  在 扰 能力 差 , 障率 较 高 ; 继 电 器 控 制 系 统 :它 采 用  故 ② 电接 点 温 控 仪 表 和 温 控 电 路 进 行 控 制 , 在 控 制 精  存 度 低 、 调量 大 等 缺 点 , 响 了 温 度 控 制 效 果 , 且  超 影 并 由于 它 的 控 制功 能 是 通 过 采 用 硬 件 接 线 的 方 式 来 实  现 的 , 旦 生 产 工 艺 发 生 改 变 , 需 要 更 改 接 线 线  一 就 金 刚石 小 锯 片 连 续 烧 结 炉 的 温 度 控 制 系 统 采 用  S - 20 L 7 0 P C和 晶 闸管 电压 调 整 器 来 进 行 温 度 控 制.   温控 系统 的 主要 流程 为 : 据 给 定 温 度 和热 电偶 模 块  根 E 3 M2 1检测 温度 得 到 偏 差 , 偏 差 放 大 送 给 P C 进  将 L

1 温 控 系 统 组 成   

行 P D调 节 , EM2 2 出模 拟 量 控 制信 号 , 触 发  I 由 3输 经
电路 , 制 晶闸管 电压 调整 器. 控  
1 1 温 控 系 统 主 电 路  .

路 , 改较 为 麻 烦 ; P C 控 制 系 统 :其 控 制 功 能 实  修 ③ L
现起 来 较 为方 便 , 度 控 制精 确 , 差 小 , 定 性 好 , 温 温 稳   并 且 由 于 P C 的 可 靠 性 高 , 适 应 恶 劣 的 工 业 环  L 能
境  .  

晶 闸管 电压调 整 器 是半 导 体 功 率 控 制 器 的一 种 ,   是 新 型无触 点 功率 控制 器. 它基 本 上 消 除 了各 只 晶 闸  管 电压调整 器 之 间的干 扰 , 应 于大 面积使 用 晶闸管 , 适   对 电网冲击 小 、 抗干 扰 能力强 , 一种较 为理 想 的控温  是
系 统  .  

本文 以金 刚石 小锯 片连 续烧 结炉 的温 度控 制 系统  为例 , 绍 由 S - 2 0 L 介 7 0 P C和 晶闸 管 电 压 调 整 器 组 成  的温度 系统 的设计 . 刚 石 小 锯 片 连续 烧 结 炉 是 一 种  金 控制 精度 较高 的连 续式 窑 炉 , 广泛 应 用 于 磨 料 磨 具  是 企业 中的主要烧 结设 备 , 其升 、 温要 按制 品成 分合 理  降
分配 , 则将 影 响产 品质 量_. 否 2  ]

每组硅 钼棒 电热 元 件 负 载 采 用 星 型 连接 , 载 回 负   路 采用 2只晶 闸管反 向并 联 后 串联 硅 钼棒 电热 元 件.   控 制 晶闸管 的输 出 , 即可控 制烧 结炉 的温 度. 组 温度  单 加 热系统 的电路 如 图 1 所示 .  
1 2 P C 硬 件 系统  .  L

烧 结炉 的加 热 元 件 采 用 硅 钼 棒 电热 元 件 , 为 3 分   组独 立 的 加 热 系 统.额 定 功 率 5   w , 作 温 度  6k 工

8 0 , 高 温度 9 0 , 5℃ 最 5 ℃ 控制 精 度 要 求 ± 5 每 组 负    0 C.

温度 控 制系统 的硬件核 心 部分 由西 门子公 司 的 自  

收稿 日期 :0 0 3 1  2 1 —0 — 7

基 金 项 目 : 南 省科 技 攻 关 项 目( 4 4 50 9  河 02204) 作者简介 : 肖俊 明 ( 9 9 , , 南卫 辉人 , 教 授 . 1 5 一) 男 河 副  

中 原 工 学 院 学 报 

21 0 0年  第 2 卷  1

U  
U  b U  亡

2 P D 调 节 控 制 算 法    I
对 于模 拟量 信 号 的控 制 , 般 采 用 P D ( 一 I 比例 + 

F F  F【 - U U】 U  1 2     3   4
K\ K| K、 H l M  M    2 、   3 、 ‘

积 分 +微分 ) 法 对 其 进 行 控 制 .S — 2 O系列 P C 算 7 O L 

有 专 门 的 P D 回路指令 , 模拟 量 进行 P D控 制十 分  I 对 I 方 便. 个 P D回路 的输 出 M 是 时间 t 一 I 的函数 , 与偏  是
差 ( )偏 差对 时 间 的积 分 、 差 对 时 间 的微 分 三者 之  e、 偏
和 成 正 比. 即 

K I  

匝  
砼 



-6  ̄5  

M 一K +  e M + c / (  ( ) c Kf出+ 0 K  e     d1 £)
J0   

_ J _ 

[ [ [       4 】 ]   R J 5 R     6  
图 1 单 组 加 热 系统 电路 图   

以上 各 量 都是 连 续 量 , 第一 项 为 比例 项 , 中间 两  项 为 积分 项 , 最后 一 项 为 微 分 项 . 中 e是 给 定 值 与  其
实 际变 量 之 差 , 回路 偏 差 ,Kc为 回路 的 增 益 , 即  

为偏 差 为零 时 的 控 制 值 . 式 用 于 连 续 系 统 的 P D 上 I 
控 制 , P C处 理 这 样 的 控 制 算 式 , 必 须 将 其 周  用 L 则

动化 系列 产 品组 成 , 度控 制 电路 采 用 S - 2 0 L   温 7 0 P C, 其 中主机模 块 C U2 6包 括 了 中央 处 理单 元 、 P 2 电源 以   及数 字 2 4输 入 / 6输 出 点 , 些 都 被 集 成 在 一 个 紧  1 这 凑、 独立 的设 备 中. P 负责 执行 程序 , 入部 分从 现  C U 输 场设备 中采 集信 号 , 出部 分则 输 出控制 信号 , 输 驱动 外  部负 载_ . 4  ] 加 热 系统需 要 3路模 拟量 输 入 、 3路模 拟 量 输 出.   模 拟量 输入 采用 S — 2 O 门用 于采 集 和处理 热 电偶  7 O 专 输 入 的模 块 E 3 , M2 1 该模 块 有 4路 热 电偶 输入 , 成  集 1 位 A/ 6 D转 换 器 ,分 辨 率达 0 1 ,能 自动 进 行 线  .℃ 性 化处 理 ,有冷 端补偿 功 能 . 再需 要 外 部 变送 器 ,1 不   个 模块 就能 完成 数据 采 集及 数据 处理 功 能. M2 1通  E 3 过 扁平 电缆接 到 P C, L 4个 通道 以 2字节 递 增 的 方式  分 配地址 , L P C分 别按 AI 、 W2 AI 、 W 6 W0 AI 、 W4 AI 地  址读 温 度 数据 . 拟量 输 出采 用 E 3 模 M2 2模 块 , 有 2 具   路模 拟量 输 出 , 输 出为 电压 ( 0V) 电流 ( ~2  其 ±1  或 O 0
mA) 本 温 控 系 统 采 用 电 流 输 出 .因 此 选 择 1 块  ,

期性 地 采 样 并 进 行 离 散 化 , 时 各 信 号也 要离 散 化 , 同  
公式如下 :  



Kc *( P s  ~ P  )+  

Kc *Ts/ T, s  一 P  )+ M_ +  *( P X Kc *TD/ Ts*( r P ,1一 PV   ) () 2 

公式 ( )中包含 9个 用来控 制 和 监视 回路 运算 的  2 参数 , 括过 程变 量 当前 值 、 包 过程 变量 前值 、 给定值 、 输 
出值 、 益 、 增 采样 时 间 、 分 时间 、 积 微分 时间 和积分 项前 
值.  

金 刚石 小锯 片 连续烧 结炉 的温 度控 制算 法采用 分 
段 式 PD控 制 , 在 系统 工 作 的 大多 数 时 间 内 为 PD I 即 I 

控制 , 参 数 由 1  电源 开 度 下 的 温 度 飞升 曲线 测  其 0 得  . 温度 响应 曲线 由初 态 向设 定 点 的 上升 段 过程  ]在 中, 大致 采用 三段 控 制. 先 置 电 源为 满 开 度 , 首 以最大  的功输 出克 服热 惯性 ; 接下 来转 入 P D控 制 ; 近设定  I 接
点 时 置 电 源 开 度 为 0 提 供 一 个 保 温 阶 段 , 适 应 温 度  , 以

E 3 M2 1和 2块 E 3 M2 2扩展 模 块 . L P C硬 件控 制 系统 
如 图 2所 示 .  

的滞 后 温 升. I 控 制 算 法 的控 制 效 果 如 下 : P — PD ①S   P v≥ X( P为设 定 的温度 值 ,  为 当前值 ) , 出 S P 时 输  
值 为最 大值 , 电压调节 器 开度最 大 , 使 即给加 热器 最大 

电压 供 电 , 烧 结炉 的温度 快速 上升 ;②S — P <  使 P  
y时 , 出值为最 小值 0 电压调 节器 开度 为 0 即停 止  输 , ,
加 热 ;③ S — P > y 和 S — P < X 时 , 出 为  P   P V 输

P D 控制输 出 , 范 围为 P D参 数 调节 的 范 围 , 中, I 此 I 其  
图 2 P C硬 件 控 制 系统 图    L

X、 y可根 据 实际情 况 而设定 .  

第 3 期 

肖俊 明 等 : 7 2 0 L S - 0 P C在 温度 控制 系统 中 的应 用 

P D参数 的调 节是 非 常 重 要 的 , 际应 用 中一 般  I 实 采 用 的是工程 整定 方法 , 主要 依赖 工程 经验 , 直接 在控  制 系统 的实验 中进 行. I P D参 数 的 工程 整 定 法 主要 有  临界 比例 法 、 应 曲线法 和衰 减法 . 反 本文 选用 临界 比例  法, 利用该 方 法进 行 P D参 数 整 定 的步 骤 如 下 : 预  I ① 选 择一个 足够短 的采 样周 期让 系统 工作 ; 仅加 入 比  ② 例 控制 ( P)环节 , 到 系 统对 输 入 的阶 跃 响应 出现 临  直 界 振荡 , 录此 时 的比例放 大 系数 和临界 振荡 周期 ; 记 ③  在一 定 的控 制 度 下 通 过 公 式 计 算 得 到 P D 控 制 的 参  I
数.  

3 结  语   
基 于 西 门子 S - 2 0 L 的温 度 控 制 系统 , 由 7 0P C 是   C U2 6 E 3 、 M2 2构 成 的 P D 控 制 器 与 晶 闸  P 2 、 M2 1 E 3 I 管 电压 调整 器组 成 的温度 控制 系统 . 实验证 明 , 温度  该 控 制 系统具 有快 速升 温 , 系统升 温超 调量小 , 烧结 炉温  度 误差 可控 制在 ±5℃ 范围之 内 , 抗干 扰 能力 较 高 , 可  靠 性高 , 运行 稳定 等优 点 , 全满 足金 刚石小 锯 片的生  完 产工艺 要求 .  

参 考 文 献 
E] 王 永 华 , 寅 卯 , 1   宋 陈雨 国 ,等. 代 电气 控 制 及 P C应 用 技 术E . 京 : 京 航 空航 天 大 学 出版 社 ,0 3 现 L M] 北 北 g0 .   [] 黄 浩, 2  申群 泰. 于 参 数 自调 整 的真 空烧 结 炉 温度 模 糊 控 制 系 统[] 应 用科 技 ,0 5 3 ( 1 : 8 O 基 J. 20 ,2 1) 4 —5 .   E] 赵 晨 峰 , 3  肖俊 明. 波 控 制 器 在 电热 隧 道 窑 中 的应 用 研 究[] 金 刚 石 与磨 料 磨 具 工程 ,0 0 1 () 3  4  周 J. 2 0 ,1 5 1 : 9 0 E] 廖 常 初 . L 4 P C编 程 及 应用 [ . 京 : 京航 空航 天 大 学 出版 社 ,0 2 M] 北 北 20.  

E1 蔡 军 , 慧 英. L 5  曹 P C温 度 控 制 系 统 设 计 与 研 究 E] 微 计 算 机 信 息 ,0 7 2 ( )2 —2 . J. 2 0 ,3 4 :6 8  

¥   2  PLC  7  0 0  App i d i   m p r t r   nt o   y t m   le   n Te e a u e Co r lS s e

XI AO  u — ig,Z J nr n u HANG  i I Ru ,J AO  n — u Li g y n,Z HU  i n   Ha— mi g
( on u n Uni r iy ofTe hno o Zh gy a   ve st     c l gy,Zh ng h   5 0 e z ou 4 0 07, Chi ) na  

Ab t a t s r c : Thi  a ri r du e   — 0   s p pe  nt o c s S7 2 0 PLC  p id i   e a ple   n t mpe a ur  o r ls t m ,t k s t   e r t e c nt o  ys e a e   he t mpe a   r— t r   o r ls s e o   i t rn   u n c   o     ma ls w  a e f r e a u e c nt o  y t m  fs n e i g f r a e f r a s l a bl d   o   x mpl .The s t m  e lz s PI c   e   ys e r a ie   D  onto   f r lo   t mpe a u e b   i g CPU2  m anf a e,t r o ou e M o l  e r t r   y usn   26 i rm he m c pl  du e EM 2 31,a l g ut   dul EM 2  a   na o  o put mo e 32 nd t rs o   la e r gu a o .By usng s bd v son c n r   fPI i  e pe a u ec hy it rvo t g   e l t r   i   u i ii   o t olo   D n t m r t r   ontol   i t rn  ur a e,t s r   sn e igf n c of hi  s s e r a ie   a d t mpe a ur   ii y t m  e lz s r pi  e r t e rsng,lt l o e s oo   f t mpe a ur ite v r h t o   e r t e, s l e p r t r   r or i   t a y   ma l m e a u e e r   n s e d —  t s a e ± 5℃ ) The s s e h s r a he   he p o e sn   e ie n s o   ma ls w  a e  tt ( .   y t m  a   e c d t   r c s i g r qu r me t   fs l a bl d .  

Ke   r s y wo d : PL C;t y it r v la e r g l t r e p r t r   o t o ;P D  h rs o   o t g   e u a o ;t m e a u e c n r 1 I


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