在工業生產自動控制中，為了生產安全或為了保證產品質量，對于溫度、壓力、流量、成分、速度等一些重要的被控參數，通常需要進行自動檢測，并根據檢測結果進行相應的控制。在自動檢測系統中，常常設有上下限檢測、報警及自動處理系統，以提醒操作人員注意，必要時采取緊急措施。

    溫度是工業生產對象中主要的被控參數之一，本節以一個溫度監測與控制系統為例，來介紹西門子S7-200 PLC在模擬量信號監測與控制系統中的應用問題。

    本節將采用模擬量擴展模塊EM235實現對溫度的測量和控制，對指定的溫度進行監視，模擬量擴展模塊EM235在一個輸入通道上連接PT100溫度傳感器，實現對溫度的測量控制，TD200文本顯示器則用于顯示測量與監視的結果。

    一、功能實現

    (1)溫度傳感器PT100。PT100是鉑電阻溫度傳感器，適用于測量-60～400℃之間的溫度。PT100溫度傳感器的工作原理可用歐姆定律來表示，即

    R=U/I    (12 -1)

式中R-熱電阻元件的阻值；

    I-通過該熱電阻的電流；

    U-通過熱電阻電流后產生的電壓。

    在對PT100所需的電流進行計算時，由于PT100在0℃時的阻值為100Ω，溫度與電阻值呈線性關系，為了產生5mV/℃的電壓系數，則每攝氏度需要0.4Ω的阻值和12. 5mA的電流。

    模擬量輸出精度為μA／數字量，為了獲得12. 5mA的輸出電流，則需要模擬量的輸出數為1250。因為AQW數據字向右移4位，輸出數則需要乘以16。這樣，為了初始化模擬量輸出I/O位12. 5mA電流，必須在AQW0中設置輸出數為20000，計算出所需要的輸出數數量：(32000／20mA)×12. 5mA= 20 000。

    (2)模擬量擴展模塊。EM235為最常用的模擬量擴展模塊，實現了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235擴展模塊接線圖如圖12-14所示。

    圖12-14    EM235模擬量擴展模塊連線圖

    (3) TD200。TD200具有文本顯示功能，可以通過選擇項確認方法，顯示最多80條信息，每條信息最多可包含4個變量、5種系統語言。

    二、設計思路

    EM235與PT100的連接如圖12-15所示。

    在電路中，為了將PT100的溫度變化的阻值轉換為電壓，模擬量輸出使用恒電流源，將輸出的12. 5mA恒電流供給PT100傳感器。該電路最后產生了5mV/℃的線性輸入電壓。

    EM235將這個電壓轉換成數字量，程序周期地讀取這些數字量，并將所讀的這些數，計算出溫度，公式如下：

    圖12-15    EM235與PT100的連接圖

    T=（溫度數字量-0℃偏執量）／1℃數字量    (12-2)

    式中，溫度數字量表示存儲在AIWi（i=0，2，4）中的數值；0℃偏執量表示在0℃測量出的數字量，該值為4000；1℃數字量表示溫度每升高1℃的數字量。

    三、程序設計

    本實例主程序實現的功能：通過PT100 RTD測量溫度，采用TD200顯示溫度。TD200用STEP7 - Micro/WIN或STEP7 - Micro/DOS編程軟件進行編程，無需其他的參數賦值軟件。

    本實例對應的梯形圖以及程序代碼如下：

    (1)網絡1對應的梯形圖如圖12-16所示。

    圖12-16    網絡1對應的梯形圖

    對應的程序代碼如下：

    LD    SM0.1    ∥首次掃描周期SM0.1=1

    MOVD    +0，VD196    ∥清除VW196和VW198

    MOVW    +16，VW250    ∥在VW250中裝入1℃數字量16

    MOVW    +4000，VW252    ∥0℃偏執量為4000

    MOVW    +300，VW260    ∥溫度上限為30℃

    MOVW    +200，VW262    ∥溫度下限為20℃

    MOVW    +20000，AQW0    ∥Io輸出數為20000

    (2)網絡2對應的梯形圖如圖12-17所示。

    圖12-17    網絡2對應的梯形圖

    對應的程序代碼如下：

    LD    SM0.0    ∥SM0.0總為1

    MOVW    AIW4，VW200    ∥把測量溫度數字量裝入VW200

    -I    VW252，VW200    ∥減去0℃偏執量

    p    VW250，VD198   ∥除以1℃數字量

    MUL    +10，VD196    ∥余數乘以10

    p    VW250，VD196    ∥10乘以余數/16=-位小數點的數

    MOVW    VW198，VW160    ∥保存一位小數點的數，即溫度小數值乘以10

    MOVW    +0，VW198    ∥刪除VW19 8中的數

    MUL    +10，VD198    ∥溫度整數值乘以10

    +I    VW160，VW200    ∥溫度整數值乘以10+溫度小數值乘以10

    MOVW    VW200，VW116    ∥傳送結果到VW116以供顯示

    S    V12.7，1    ∥顯示信息1的使能位V12.7=1

    (3)網絡3對應的梯形圖如圖12-18所示。

    對應的程序代碼如下：

    LDW>=    VW200，VW260    ∥若溫度超過設定的上限

    =    V12.6    ∥則顯示信息2的使能位V12. 6=1

    R    Q0.0，1    ∥停爐

    MOVW    VW260，VW135    ∥VW136里的上限供信息2顯示

    (4)網絡4對應的梯形圖如圖12-19所示。

    圖12-18    網絡3對應的梯形圖

    圖12-19    網絡4對應的梯形圖

    對應的程序代碼如下：

    LDW<=    VW200，VW262    ∥若溫度低于設定的下限

    =    V12.5    ∥則顯示信息3的使能位V12. 5=1

    S    Q0.0，1    ∥開爐，即輸出端Q0.0=1

    MOVW    VW262，VW156    ∥VW156中的下限信息供信息3顯示

    (5)網絡5對應的程序代碼如下：

    MEND    ∥主程序結束

    四、總結與評價

    溫度是工業生產和科學實驗中一個非常重要的參數，物體的許多物理現象和化學性質都與溫度有關，許多生產過程都是在一定的溫度范圍內進行的，所以需要測量和控制溫度。因此，應用PLC的模擬量檢測與控制能力，實現對被控過程的溫度監測和控制具有廣泛的應用場合。

    本實例以工業生產中常見的溫度監測和控制功能的實現為例，介紹了PLC模擬量控制系統的構成、溫度控制流程及程序的設計方法，給出了梯形圖設計實例，可以作為同類型PLC控制系統設計的參考。在溫度控制中，根據實際系統的特點和需要，可以采用多種控制算法來提高控制效果，PLC還可以實現更復雜的控制算法，實現更精確的控制。