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關(guān)鍵詞： 編碼器 電機(jī) pid 摘要：艾默生CT PLC在老化房控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

具體要求如下：
1、該系統(tǒng)所控制的老化房面積達(dá)16×30M，要求控制范圍在20-55℃，控制精度達(dá)±5℃，能夠在上位機(jī)對(duì)溫度設(shè)定/顯示/保存；（加濕控制采用單獨(dú)進(jìn)行和PLC無(wú)關(guān)）
2、該系統(tǒng)有3個(gè)風(fēng)機(jī)，用于進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)和排風(fēng)；有4個(gè)風(fēng)閘：新風(fēng)閘，回風(fēng)閘，排風(fēng)閘，防火閘；2個(gè)防塵過(guò)濾網(wǎng)；6個(gè)火災(zāi)報(bào)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(kāi)回風(fēng)閥和防火閥，啟動(dòng)回風(fēng)風(fēng)機(jī)，保持老化房?jī)?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(kāi)，啟動(dòng)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(bào)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(shí)排風(fēng)閥和進(jìn)風(fēng)閥打開(kāi)，啟動(dòng)排風(fēng)電機(jī)和進(jìn)風(fēng)電機(jī)，抽出室內(nèi)空氣；
3、其他要求省略；
三、工作原理：
PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：


EC20PLC設(shè)備的I/0接線如圖：


工作原理：
根據(jù)老化房工藝要求組成如上圖控制系統(tǒng)：上位機(jī)采用臺(tái)灣研華IPC（工控計(jì)算機(jī)）；監(jiān)控畫(huà)面采用亞控公司的KINGVIEW軟件，該軟件操作簡(jiǎn)單，元件形象豐富，性能穩(wěn)定；核心控制部分采用EMERSON EC20-2012BTA類型的PLC和4個(gè)溫度采集模塊（EC20-4TC，接受K型溫度信號(hào)）；傳動(dòng)采用EMERSON 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(shì)，由于EC20 PLC本身帶有2個(gè)串行通信口（1個(gè)RS232口，集成自由協(xié)議/編程協(xié)議/MODBUS從站協(xié)議，1個(gè)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(tái)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(gè)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(cè)溫點(diǎn)溫度，報(bào)警狀況并顯示在監(jiān)控畫(huà)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(mén)的開(kāi)閉，變頻器的啟動(dòng)、停止等設(shè)定。并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)作過(guò)程及故障報(bào)警等，IPC還可以根據(jù)設(shè)定對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存打印。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，EC20 PLC為整個(gè)系統(tǒng)的核心，執(zhí)行各種系統(tǒng)操作及計(jì)算，EC20 PLC根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行邏輯判斷，開(kāi)閉各種閥門(mén)和啟停各風(fēng)機(jī)；同時(shí)利用自身的PID功能對(duì)溫度進(jìn)行控制，具體方法后面描述。
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(tái)變頻器的聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)MODBUS通訊協(xié)議，我們可以通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此在設(shè)計(jì)中，我們省略了變頻器的外部起停控制線路，對(duì)變頻器的所有控制都通過(guò)RS485通訊鏈路來(lái)完成，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)高效的目的。
四、監(jiān)控畫(huà)面
整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面主要分為主畫(huà)面，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，PID參數(shù)設(shè)定，三個(gè)部分（其他部分省略），具體如下：


主畫(huà)面如上圖所示，主要完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控（如各種風(fēng)閥的開(kāi)閉狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，報(bào)警狀態(tài)），數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（如系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間，啟停系統(tǒng)的次數(shù)），溫度設(shè)定/測(cè)量等功能。


實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控畫(huà)面如上所示，此畫(huà)面主要用于對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并描繪出溫度曲線趨勢(shì)，以便判斷系統(tǒng)的溫度控制是否處于良好狀態(tài)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度進(jìn)行保存/打印等操作。


PID參數(shù)設(shè)定畫(huà)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(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)溫度曲線狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)顯示PID控制的輸出比例。
五、對(duì)溫度控制的實(shí)現(xiàn)
為便于對(duì)整個(gè)老化房?jī)?nèi)溫度的控制，同時(shí)充分利用EC20 PLC自身PID功能和PWM脈沖輸出（Y0，Y1）的優(yōu)勢(shì)，室內(nèi)溫度區(qū)域分為2個(gè)部分（上層和下層各8個(gè)測(cè)溫度點(diǎn)），對(duì)溫度取平均值作為溫度的測(cè)量值，并把此平均值送入PID功能塊進(jìn)行運(yùn)算，同時(shí)對(duì)加熱執(zhí)行元件（參考EC20 PLC的I/O接線圖，固態(tài)繼電器SSR1，SSR2，SSR3所控制的發(fā)熱管的功率逐漸加大）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(guò)Y0輸出脈沖給SSR1，同時(shí)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：
偏差值（ER=SV-PV） 處理辦法
ER≥3 關(guān)閉PID運(yùn)算，直接輸出Y0，Y1，Y2；
3>ER≥1 啟動(dòng)PID運(yùn)算控制Y0輸出，同時(shí)啟動(dòng)Y1輸出；關(guān)閉Y2輸出；
1>ER≥-1 啟動(dòng)PID運(yùn)算控制Y0輸出，關(guān)閉Y1，Y2輸出；
-3>ER>-1 啟動(dòng)PID運(yùn)算控制Y0輸出，同時(shí)啟動(dòng)Y1輸出；關(guān)閉Y2輸出；
-3≥ER 關(guān)閉PID運(yùn)算，關(guān)閉Y0，Y1，Y2；
通過(guò)此法處理可以把溫度控制精度保持在±0.3度以內(nèi),而且無(wú)論提升溫度還是下降溫度都很快速；同時(shí)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(jiǎn)單方便，指令豐富，功能強(qiáng)大，是一個(gè)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(gè)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(shí)要特別注意，在本例子中，按照PWM的周期為4秒（=4000MS）計(jì)算，把PID的輸出上下限分別設(shè)定為4000和0；另外按照逆動(dòng)作（BIT0=1），輸出限定（BIT5=1）的要求對(duì)D7911各位進(jìn)行賦值；
D7910 500 //采樣時(shí)間S3 采樣時(shí)間(Ts)范圍為1～32767(ms)，比運(yùn)算周期短的時(shí)間數(shù)值無(wú)法執(zhí)行；
D7911 16#23 //動(dòng)作方向 > 逆動(dòng)作，設(shè)輸出限定
………………………………………………..//BIT0 0：正動(dòng)作 1：逆動(dòng)作；
………………………………………………..//BIT1 0：輸入變化量報(bào)警無(wú)效 1：輸入變化量報(bào)警有效；
………………………………………………..//BIT2 0：輸出變化量報(bào)警無(wú)效 1：輸出變化量報(bào)警有效；
………………………………………………..//BIT3-4 沒(méi)使用；
………………………………………………..//BIT5 0：輸出值上下限設(shè)定無(wú)效1：輸出值上下限設(shè)定有效；
………………………………………………..//BIT6～BIT15 沒(méi)使用
D7912 70 //S3+2 輸入濾波常數(shù)(α)范圍0～99[﹪]，為0時(shí)沒(méi)有輸入濾波；
D7913 100 //S3+3 比例增益(Kp)范圍1～32767[﹪]；
D7914 25 //S3+4 積分時(shí)間(TI)范圍0～32767(×100ms)，為0時(shí)作為∞處理(無(wú)積分)；
D7915 0 //S3+5 微分增益(KD)范圍0～100[﹪]，為0時(shí)無(wú)微分增益； 
D7916 63 //S3+6 微分時(shí)間(TD)范圍0～32767(×10ms)，為0時(shí)無(wú)微分處理；
D7925 2000 //S3+15 輸入變化量(增側(cè))報(bào)警設(shè)定值0～32767(S3+1的BIT1=1時(shí))；
D7926 0 //S3+16 輸入變化量(減側(cè))報(bào)警設(shè)定值0～32767(S3+1的BIT1