S7-200 PLC在炉窑温度控制系统中的应用

    一、工艺流程介绍    某恒温炉窑根据工艺控制要求，需要对养护窑内的温度进行严格的控制。炉窑温度控制系统的示意图如图12-34所示。
    图12-34    炉窑温度控制系统的示意图    系统总的控制过程是：按下总启动按钮后，允许两个炉窑按照各自的控制要求运行。每个炉窑都有启动按钮、停止按钮和急停按钮。如果按下总停止按钮，则禁止系统运行。    每个炉窑的具体要求如下：    (1)启动风机，使炉窑内的热气流循环；    (2)打开进气阀，使热气流（蒸汽）进入窑炉；    (3)经过一定时间的恒温控制(如10h)，关闭进气阀；    (4)打开排气阀，排除热气流；    (5)按下停止按钮，则关闭风机和排气阀；    (6)每个炉窑的进气阀只有在总进气阀打开后才能打开；    (7)只要有一个炉窑需要排气，总要打开总排气阀；    (8)每个炉窑通过一只热敏电阻进行温度测量。    在采用PID控制算法时，将每个养护窑的进气阀由电磁阀（开关量输出）改为电动阀（模拟量输出），通过控制阀门的开度来调节蒸汽进气量，从而实现恒温控制。    二、控制系统硬件设计    1．输入/输出信号分析    输入信号：根据图12-34所示的炉窑温度控制系统示意图，可以看出该PID控制系统共有8个输入信号，即8个输入按钮，其中2个按钮用来控制总系统的启动和停止，6个按钮分别用来控制2个养护炉的启动、停止和急停。    输出信号：1号进气阀和1号排气阀，2号进气阀和2号排气阀，系统总进气阀和总排气阀，共有6个电磁阀，2个继电器用来控制1号风机和2号风机。    除上述的输入/输出信号外，系统还需要用到如下控制模块：EM231 (4AI)1块，EM232(2AO)1块。    2．PLC编程元件的地址分配表    PLC编程元件的输入/输出分配表如表12-6所示，其他编程元件的地址分配表如表12-7所示。    表12-6    输入/输出元件地址分配表
    表12-7    其他编程元件地址分配表

   3．选定PLC型号    根据PLC输入/输出设备的控制点数，参考第2章中的表2-1，并考虑一定的余量，本实例中选用西门子公司的S7 - 200系列小型PLC中的CPU224。    4．PLC接线图    采用S7 - 224以及EM2 31和EM232组成的PLC控制系统外部接线图如图12 - 35所示。
    图12 - 35    PLC外部接线图    三、程序设计    很多工业控制过程采用PID控制方式，S7 - 200PLC提供的PID指令为PID控制提供了方便。子程序SBR_0和SBR_1分别为1号、2号养护窑的PID参数设定子程序，其具体程序如图12 - 36和图12 - 37所示。中断服务程序INTO是2个养护窑的PID控制程序，具体程序如图12 - 38所示。主程序通过调用子程序SBR_1和SBR_2以及中断程序实现对2个养护窑温度的PID控制，具体程序如图12 - 39所示。    选用模拟量输出模块EM232，可以把0～32000的数字量转换成0～10V电压。由于选用双向晶闸管来控制加热系统，而双向晶闸管的控制电压UK为0～5V，这个控制电压是由EM232提供的。所以PLC送到EM232的最大数字量限制到16000，这样可保证送到双向晶闸管上的电压不会超过5V。
    图12-36    1号窑PID参数设定
    图12-37    2号窑PID参数设定

    图12-38    两养护窑PID控制程序



    图12-39    养护窑PID控制主程序