基于PLC和温度巡检仪的温控设计

基于PLC和温度巡检仪的温控设计

温度巡检仪是化工生产过程中对温度进行控制的重要设备。首先它巡回扫描多地点的温度传感器输入的电阻、电压或电流信号，并将扫描到的数据进行A/D 转换，通过RS485通讯协议传输给PLC。然后PLC将接收到的数据和从触摸屏接收到的数据进行综合处理，最后输出给外部电路，控制系统加热或制冷，从而实现对温度的精确控制。笔者对温度巡检仪的功能进行研究，充分利用其巡回扫描和A/D转换功能，与PLC一起实现对多点的温度控制。

标签：温度巡检仪；PLC；RS485通讯协议；触摸屏；温度传感器

Abstract：Temperature inspecting instrument is an important equipment to control the temperature in the process of production and processing，it tours resistor，voltage or current signals of temperature sensor scanning multi site input，and the scanned data for A/D conversion，through the RS485 communication protocol for PLC. PLC will be integrated processing temperature inspection instrument is transmitted to the data with the operator through the touch screen is transmitted to the data，and output control system of heating or cooling，in order to achieve precise control of temperature.In this paper，the function and structure of the temperature measuring instrument is studied，making full use of the tour scanning function and A/D conversion function of it，which together with PLC and realizes the multi spot temperature control.

Keywords：Temperature meter；PLC；RS485 Communication；Touch panel；Temperature sensor

1 前言

近年來，以单片机为核心的智能仪表随着电子技术的发展逐步进入了各行各业[1]。传统的温度控制器一般只能实现单点检测、显示和控制功能。对于多点的温度控制通常采用PLC的模拟量模块解决[2]。但是这种方式不仅成本高、控制不精確，而且不能同时实现多种信号的输入与精确处理。

笔者设计了一套基于温度巡检仪进行温度采集，PLC进行数据处理和触摸屏进行人机交互的温度控制系统，该系统成本低廉、安装方便、可操作性强、控制精确度高，现已广泛应用于化工行业中[3]。

2 温度控制系统构成

一套完整的控制系统一般包含5个部分：信号检测、信号输入、信息处理、信号输出与动作执行。本温度控制系统是由温度传感器、16路温度巡检仪、西门子PLC、触摸屏和电磁执行器组成，其系统图如图1所示。

由于对监测点的温度范围和精度范围要求不同，所以需要的温度传感器的类型也不同，这就导致温度检测设备需要能够扫描多种电信号。本系统中温度巡检仪能够巡回扫描输入端口的热电阻、热电偶、直流电流及直流电压等多种传感器信号，然后经过内部的逻辑门电路统一转化成数字信号。

控制中心PLC通过RS485通讯协议，定时从温度巡检仪扫描一次数据，将扫描到的数据传输到PLC的CPU中，内部指令将字符串实数化，最终将温度的实际值传输到触摸屏上显示。同时CPU又将操作员通过触摸屏对每一个点的温度设置值扫描到CPU中，CPU将对每一个点的实际值与设定值进行PID运算，最终将运算结果再通过PLC的数模转换模块变换成0～10V或者4～20mA信号来控制比例阀的开度以实现对温度的精确控制。

2.1 主要硬件构成

2.1.1 温度巡检仪

本系统以STC15F2K60S2单片机为主控芯片，内部集成高精度RC时钟，且从5～35 MHz可选；内部集成复位电路，8级复位门槛电压可选；内部集成E2PROM，用于保存用户设置参数及标校参数；可编程时钟输出，对系统时钟1～65536级分频输出。其高速度、高集成度的特点非常适合本设计的需要[4]。

2.1.2 PLC

本系统的PLC采用西门子S7-200-226CN，其指令丰富、速度快、具有较强的通讯能力、可带7路扩展模块，用户程序存储容量为8kB，内置高速计数器，具有PID功能并且有2个高速脉冲输出端和2个RS485通讯端口，支持PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口通讯协议。除此之外，最重要的是运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。

2.2 软件设计

该系统软件设计思路主要由3部分组成：数据采集与传输、人机界面的通讯、数据处理与输出。为了保证各子程序协调运行，需要通过中断机制实现，PLC 定时扫描温度巡检仪输出端口，以保证数据的实时性。软件系统图如图2所示。

通信访问方式为主从方式，本仪表处于从机地位。仪表收到主机发来的数据帧后，根据Modbus RTU通信协议将主机要求的信息发送到RS485网络中，主机可以读取16路温度、报警设定数据，以及重新设置相关参数。2.3 RS485通讯协议

RS485通讯协议是随智能仪表应运而生的，它的出现是为解决智能仪表的联网功能。RS485采用差分信号负逻辑，（+2～+6）V表示“0”，（?6～?2）V表示“1”。RS485有两线制和四线制两种接线方式，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用。而两线制接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接