S7 系列PLC电气控制设计与应用第3讲 S7-200在流程工业温度控制中的应用

2013-08-18李方园

自动化博览 2013年2期

1 前言

生产流程控制既是对生产过程中工艺参数进行监视、调节与控制，也是对工艺现场参数或指令参数进行数据处理、保存和传送。以温度为例，它是一个在时间和数值上都是连续变化的信号，即模拟量信号。它与数字量不同，后者是以离散值表示的数据。自然界中绝大部分的事物可用模拟量来表示。比如，在干燥炉中一段时间内的物品温度值，温度不会瞬间地从170℃上升到171℃，之间会有无数个温度值。相对于一个连续的干燥炉温度图，假设每一个小时测量一次温度。现在有一个24小时内每小时的温度变化值，可以很快地将这个模拟量转换成数字编码表示的每个样本值。

由于PLC基于数字信号处理的基础，因此如果要读入温度传感器等模拟量信号，就必须使用专用的模拟量输入模块进行A/D转换；同理，PLC的输出还必须使用专用的模拟量输出模块进行D/A转换。

2 S7-200的温度模拟量模块

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。与PLC控制系统最有关联的是热电偶（TC）和热电阻（RTD），前者是利用热电势效应，后者则是利用电阻的变化原理。因此，两者在模块的设置上有很大区别，往往被分开使用，图1所示是西门子S7-200 PLC常见的EM 231的外观图。温度模块在接线上必须加以注意，包括接线的正负、屏蔽线以及热电偶补偿线等。

图1 EM 231外观

每个温度模拟量扩展模块与通用的模拟量输入输出模块一样，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如：AIW 0，AIW 2，AIW 4……，AQW 0，AQW 2……。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW 0，第二个模块模拟量输出地址也应从AQW 4开始寻址，以此类推。当然，温度模块只有AIW，而没有AQW。

3 基于S7-200的波峰焊温度检测与控制

无铅波峰焊接机能自动完成PCB板从涂覆助焊剂、预加热、焊锡及冷却等焊接的全部工艺过程，主要用于无铅焊接表面贴装元件、短脚直插式元件及混装型PCB板的整体焊接。图2所示为波峰焊的外观图，其温度控制在整个电子制造流程中非常重要，包括预热和锡炉控制。它主要分为两部份，即温度的检测和温度的控制。

图2 波峰焊外观

（1）温度的检测

在本案例中，使用了EM 231 TC4模块作为波峰焊的温度检测，由于SMT生产工艺的特殊性，需要及时掌握温度模块的运行情况，包括在热电偶模块没有错误的情况下从中读取模拟量输入值，并将其存放到固定的存储位中；若模块有错误，要求将错误信息保存，并进行一些存储和清空操作。

热电偶模块提供PLC测量温度或出错类型的数据字，状态位指示输入范围错误和用户电源/模块故障。LED指示模块状态，用户程序必须检测相应错误状态并采取相应的措施。比如，作为扩展模块5的EM 231模块还必须遵守S7-200 PLC对于扩展模块的基本查错程序，并以特殊存储器字节来表示。比如范围状态位是模块出错寄存器字节中的位3 (SMB 9于用模块1，SMB 11用于模块2等)；不良状态位是模块出错存储器字节中的位2 (SMB 9，SMB 11等)；诊断出错引起模块组态错误。在模块组态错误之前，用户电源故障状态位可能设置或没有设置。

波峰焊温度模块的检测程序如图3所示。