一、引言
隨著電子技術，計算機控制技術和通信技術的發展，PLC（可編程序控制器）的功能也愈來愈強大，由原來簡單的邏輯控制功能逐漸發展到模擬量控制，高速大容量運算處理，PID閉環控制，運動/定位控制，網絡通信等功能，已經成為現代工業控制設備的三大支柱之一。EC20系列PLC(可編程控制器)是艾默生(Emerson)公司致力于工業自動化領域全新推出的新一代可編程控制器，它代表了工業自動化控制的最高水平，是最新計算機技術與工業控制技術的完美結合。
自EMERSON EC20系列PLC推向市場以來，以其卓越的性能，高品位的性價比，完善的服務體系受到用戶的熱烈好評，產品廣泛應用于電子，食品飲料行業，空調制冷設備，鍋爐行業，物流倉庫，科技農業，交通運輸，石油化工，供水，玻璃/鋼鐵行業，紡織機械，線纜機械，塑機，印染包裝等各個領域。本文介紹了艾默生公司EC20 PLC在老化房控制系統中的應用并著重介紹該產品的PID閉環功能在恒溫控制上的實現和強大的網絡通信功能對EMERSON EV2000變頻器運行控制的實現。該老化房控制系統是家電，電子，電腦行業產品生產檢測的重要設備，也是產品生產合格檢查的重要環節。該系統采用EMERSON EC20 PLC和多臺EV2000變頻器，實現對室內溫度和變頻器運行的集中控制。
二、老化房控制系統工藝要求：
老化房結構如圖所示：
具體要求如下：
1、該系統所控制的老化房面積達16×30M，要求控制范圍在20-55℃，控制精度達±5℃，能夠在上位機對溫度設定/顯示/保存；（加濕控制采用單獨進行和PLC無關）
2、該系統有3個風機，用于進風，回風和排風；有4個風閘：新風閘，回風閘，排風閘，防火閘；2個防塵過濾網；6個火災報警點；
在正常情況下（溫濕度），關閉進風閥和排風閥，停止進風電機和排風電機，打開回風閥和防火閥，啟動回風風機，保持老化房內回風循環；
在高溫情況下，排風閥和進風閥打開，啟動排風電機和進風電機，抽出部分空氣；
在火災報警情況下，防火閥關閉，回風禁止循環，全部從室內抽出；同時排風閥和進風閥打開，啟動排風電機和進風電機，抽出室內空氣；
3、其他要求省略；
三、工作原理：
PLC系統結構如下：
EC20PLC設備的I/0接線如圖：
工作原理：
根據老化房工藝要求組成如上圖控制系統：上位機采用臺灣研華IPC（工控計算機）；監控畫面采用亞控公司的KINGVIEW軟件，該軟件操作簡單，元件形象豐富，性能穩定；核心控制部分采用EMERSON EC20-2012BTA類型的PLC和4個溫度采集模塊（EC20-4TC，接受K型溫度信號）；傳動采用EMERSON EV2000通用型變頻器。
在設備連接方面，EC20 PLC充分體現了自身的優勢，由于EC20 PLC本身帶有2個串行通信口（1個RS232口，集成自由協議/編程協議/MODBUS從站協議，1個RS232/485口，集成自由協議/MODBUS主站/從站協議），EC20 PLC利用COM0口和IPC進行通信（EC20 PLC做從站，設置成MODBUS從站協議），利用COM1和多臺變頻器組成網絡進行集中控制（EC20 PLC的COM1設置成MODBUS主站協議）。
IPC為整個系統的人機接口，IPC讀取PLC采集的系統運行狀態如各風機的運轉狀態，各測溫點溫度，報警狀況并顯示在監控畫面上，IPC又把各種操作命令傳給PLC以控制系統的運行，如溫度的設定，PID參數設定，各種閥門的開閉，變頻器的啟動、停止等設定。并且可以實時監控整個系統的工作運行狀態、動作過程及故障報警等，IPC還可以根據設定對采集的數據進行保存打印。
在系統設計中，EC20 PLC為整個系統的核心，執行各種系統操作及計算，EC20 PLC根據工藝要求和現場狀況進行邏輯判斷，開閉各種閥門和啟停各風機；同時利用自身的PID功能對溫度進行控制，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通訊規范，用于實現PLC與多臺變頻器的聯網。根據MODBUS通訊協議，我們可以通過RS485網絡輕松實現對變頻器的運行控制。由于RS485通訊鏈路傳輸距離遠、配線簡單、抗干擾能力強、可靠性高，因此在設計中，我們省略了變頻器的外部起停控制線路，對變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成，達到了經濟高效的目的。
四、監控畫面
整個系統監控畫面主要分為主畫面，實時溫度監控，PID參數設定，三個部分（其他部分省略），具體如下：
主畫面如上圖所示，主要完成對系統狀態的監控（如各種風閥的開閉狀態，風機的運行狀態，報警狀態），數據統計（如系統運行的時間，啟停系統的次數），溫度設定/測量等功能。
實時溫度監控畫面如上所示，此畫面主要用于對溫度的實時監控，并描繪出溫度曲線趨勢，以便判斷系統的溫度控制是否處于良好狀態，同時可以實現對溫度進行保存/打印等操作。
PID參數設定畫面主要用于比例常數P，積分常數I，微分常數D的設定，同時根據實時溫度曲線狀況進行調節；同時顯示PID控制的輸出比例。
五、對溫度控制的實現
為便于對整個老化房內溫度的控制，同時充分利用EC20 PLC自身PID功能和PWM脈沖輸出（Y0，Y1）的優勢，室內溫度區域分為2個部分（上層和下層各8個測溫度點），對溫度取平均值作為溫度的測量值，并把此平均值送入PID功能塊進行運算，同時對加熱執行元件（參考EC20 PLC的I/O接線圖，固態繼電器SSR1，SSR2，SSR3所控制的發熱管的功率逐漸加大）也進行了分組處理：溫度偏差較小的情況下，進行PID運算，通過Y0輸出脈沖給SSR1，同時關閉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 關閉PID運算，直接輸出Y0，Y1，Y2；
3>ER≥1 啟動PID運算控制Y0輸出，同時啟動Y1輸出；關閉Y2輸出；
1>ER≥-1 啟動PID運算控制Y0輸出，關閉Y1，Y2輸出；
-3>ER>-1 啟動PID運算控制Y0輸出，同時啟動Y1輸出；關閉Y2輸出；
-3≥ER 關閉PID運算，關閉Y0，Y1，Y2；
通過此法處理可以把溫度控制精度保持在±0.3度以內,而且無論提升溫度還是下降溫度都很快速；同時把PID輸出轉化為PWM的占空比輸出，又大大節省了PLC的資源（充分利用Y0，Y1的高達100KHZ的脈沖輸出功能）。
EC20 PLC的編程軟件CONTROLSTAR的操作簡單方便，指令豐富，功能強大，是一個很優秀的全中文編輯工具。
實現步驟具體如下：首先，在數據塊設定PID各參數，其中的重點是設置P，I，D三個參數和輸出量的上下限范圍，由于PID的輸出結果直接和PWM結合在一起，所以設置時要特別注意，在本例子中，按照PWM的周期為4秒（=4000MS）計算，把PID的輸出上下限分別設定為4000和0；另外按照逆動作（BIT0=1），輸出限定（BIT5=1）的要求對D7911各位進行賦值；
D7910 500 //采樣時間S3 采樣時間(Ts)范圍為1～32767(ms)，比運算周期短的時間數值無法執行；
D7911 16#23 //動作方向 > 逆動作，設輸出限定
………………………………………………..//BIT0 0：正動作 1：逆動作；
………………………………………………..//BIT1 0：輸入變化量報警無效 1：輸入變化量報警有效；
………………………………………………..//BIT2 0：輸出變化量報警無效 1：輸出變化量報警有效；
………………………………………………..//BIT3-4 沒使用；
………………………………………………..//BIT5 0：輸出值上下限設定無效1：輸出值上下限設定有效；
………………………………………………..//BIT6～BIT15 沒使用
D7912 70 //S3+2 輸入濾波常數(α)范圍0～99[﹪]，為0時沒有輸入濾波；
D7913 100 //S3+3 比例增益(Kp)范圍1～32767[﹪]；
D7914 25 //S3+4 積分時間(TI)范圍0～32767(×100ms)，為0時作為∞處理(無積分)；
D7915 0 //S3+5 微分增益(KD)范圍0～100[﹪]，為0時無微分增益；
D7916 63 //S3+6 微分時間(TD)范圍0～32767(×10ms)，為0時無微分處理；
D7925 2000 //S3+15 輸入變化量(增側)報警設定值0～32767(S3+1的BIT1=1時)；
D7926 0 //S3+16 輸入變化量(減側)報警設定值0～32767(S3+1的BIT1
