智能浴室的集散控制系统设计(4)

智能浴室的集散控制系统设计

工作原理：当PT100在0℃的时候他的阻值为100Ω，之后它的阻值会随着温度上升而匀速增长。

应用范围： 医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

组成的部分：常见的Pt100感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成

主要技术参数如下：

测量范围：-200℃～+850℃； 允通电流 ≤ 5mA。

另外，Pt100 温度传感器的精度高，热补偿性较好。在0~100 ℃之间变化时，最大非线性偏差小于0.5 摄氏度。还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

3.1.4 可控硅加热装置

可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。

可控硅加热装置一般按可控硅工作方式分两种： 1. 移相触发加热

可控硅导通角被调整，电压随之变化，从而调整加热功率; 2. 过零触发加热

即通常所说的固态继电器，加热时，电压不变化，实际是脉冲通断信号。 本系统采用三相可控硅移相触发装置，移相触发加热是动态降低电压，对延长加热元件寿命有好处。输入控制信号为4～20mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比，输出交流电压来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。

3.1.5 PPI总线

本次设计使用的是西门子的PPI总线，PPI（点对点接口）是一种专为SIMATIC S7-200而开发的集成接口。PPI网络通常连接S7-200设备。然而，其它 SIMATIC S7控制器（例如S7-300和S7-400）或操作员面板均可与PPI网络中的S7-200进行通讯。

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PPI是一种主站-从站协议，通过该协议主站设备可向从站设备发送请求。从站设备并不启动消息，而是一直等到主站设备发送请求或轮询响应。通讯将通过常用的PPI连接来执行。

3.2 系统的软件设计

3.2.1 输入输出点配置

设计中输入与输出都由EM235模块控制，对内存地址分配如表4-1、表4-2所示：

表4-1 PLC的内存地址分配

地址 VD5 VD7 VD9 VD20 VD604 VD608 VD612 说明 锅炉出口水温度存放地址 锅炉内胆水温存放地址 主控制器PID输出存放地址 目标设定温度存放地址 控制器Kc存放地址 主控制器Ti存放地址 主控制器Td存放地址 表4-2 PID指令回路表 地址 VD0 VD4 VD8 VD12 VD16 VD20 VD24 名称 调节器过程变量（PVn） 调节器给定值（SPn） 调节器输出值（Mn） 调节器增益（Kc） 调节器采样时间（Ts） 调节器积分时间（Ti） 调节器微分时间（Td） 说明 必须在0.0~1.0之间 必须在0.0~1.0之间 必须在0.0~1.0之间 比例常数，可正可负 单位为s，必须是正数 单位为min，必须是正数 单位为min，必须是正数

3.2.2 系统程序编译

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锅炉内胆实际温度的检测是要把测得的温度量转化为0.0到1.0之间的数以便于PLC能够识别。因为PID只能针对浮点型实数进行运算，因此要先把温度变送器输出的值转换成16位的整型存储在累加寄存器AC0中，再将AC0中的值转化为32位的双整型继续存放于AC0中，接着把AC0中的数由双整型转化为实型，仍然存放到AC0中。鉴于实型数的小数点有6位，所以其相对来说还是比较精确的。接下来就要把实数再转化成PLC能够识别的0.0~1.0之间数。用到的公式如下:

RNorm?(RRaw/Span)?offset

其中 Rnorm 标准化的实数值

Rraw 没有标准化的实数值或原值 offset 偏差。单极性为0.0，双极性为0.5

Span 值域大小。可能的最大值减去可能的最小值。 单极性是32000（典型值） 双极性是64000（典型值） 系统程序如图3-3所示：

图3-3 将采集实际温度转换为PLC计算数值的程序

S7-200的编程软件Micro/WIN提供了PID指令向导，PID控制程序可以通过指令向导自动生成，但是PID指令也能够被程序自动调用。本设计的子程序如图3-4所

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示。

图3-4 子程序

对于系统输出量的处理，所用程序如图3-5所示。

图4-8 输出控制程序图

输出量和PID控制的输入是一样的，也要被从整型转换成实型数据。在这次设

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计里面，我用了5伏的电压变送器反相模块，相对应的最大值就变成了32000。

另外，由于Pt100铂热电阻传感器因为制造的工艺不同，其测温范围也有所不同，本设计中设定的最大量程为100摄氏度。

PLC的模拟输入/输出最大位是32000，但由于我使用的200PLC的模拟量模块的量程是4-20mA，因此最大值要减去6400的差值。如果输出是0~100之间的某个数值，那么输出值要用25600减掉测定值才能够跟反向调压模块相适应，输出值由模拟输出端A1W0输出。

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