1 引言
随着电子技术，计算机控制技术和通信技术的发展，PLC(可编程序控制器)的功能也愈来愈强大，由原来简单的逻辑控制功能逐渐发展到模拟量控制，高速大容量运算处理，PID闭环控制，运动/定位控制，网络通信等功能，已经成为现代工业控制设备的三大支柱之一。EC20系列PLC(可编程控制器)是艾默生(Emerson)公司致力于工业自动化领域全新推出的新一代可编程控制器，它代表了工业自动化控制的最高水平，是最新计算机技术与工业控制技术的完美结合。
自EMERSON EC20系列PLC推向市场以来，以其卓越的性能，高品位的性价比，完善的服务体系受到用户的热烈好评，产品广泛应用于电子，食品饮料行业，空调制冷设备，锅炉行业，物流仓库，科技农业，交通运输，石油化工，供水，玻璃/钢铁行业，纺织机械，线缆机械，塑机，印染包装等各个领域。本文介绍了艾默生公司EC20 PLC在老化房控制系统中的应用并着重介绍该产品的PID闭环功能在恒温控制上的实现和强大的网络通信功能对EMERSON EV2000变频器运行控制的实现。该老化房控制系统是家电，电子，电脑行业产品生产检测的重要设备，也是产品生产合格检查的重要环节。该系统采用EMERSON EC20 PLC和多台EV2000变频器，实现对室内温度和变频器运行的集中控制。

2 老化房控制系统工艺要求
老化房结构如图1所示。

图1 老化房结构图

具体要求如下:
(1) 该系统所控制的老化房面积达16×30m2，要求控制范围在20~55℃，控制精度达±5℃，能够在上位机对温度设定/显示/保存(加湿控制采用单独进行和PLC无关);
(2) 该系统有3个风机，用于进风，回风和排风;有4个风闸:新风闸，回风闸，排风闸，防火闸;2个防尘过滤网;6个火灾报警点。
在正常情况下(温湿度)，关闭进风阀和排风阀，停止进风电机和排风电机，打开回风阀和防火阀，启动回风风机，保持老化房内回风循环。
在高温情况下，排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出部分空气。
在火灾报警情况下，防火阀关闭，回风禁止循环，全部从室内抽出;同时排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出室内空气。
(3) 其他要求省略。

3 控制系统分析与设计
3.1 PLC系统结构设计
PLC系统结构如图2所示:

图2 PLC系统结构图

EC20PLC设备的I/0接线如图3所示:

图3 EC20PLC设备的I/0接线图

根据老化房工艺要求组成如上图控制系统:上位机采用台湾研华IPC(工控计算机);监控画面采用亚控公司的KINGVIEW软件，该软件操作简单，元件形象丰富，性能稳定;核心控制部分采用艾默生EC20-2012BTA类型的PLC和4个温度采集模块(EC20-4TC，接受K型温度信号);传动采用艾默生EV2000通用型变频器。
在设备连接方面，EC20 PLC充分体现了自身的优势，由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口(1个RS-232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS-232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议)，EC20 PLC利用COM0口和IPC进行通信(EC20 PLC做从站，设置成MODBUS从站协议)，利用COM1和多台变频器组成网络进行集中控制(EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议)。
IPC为整个系统的人机接口，IPC读取PLC采集的系统运行状态如各风机的运转状态，各测温点温度，报警状况并显示在监控画面上，IPC又把各种操作命令传给PLC以控制系统的运行，如温度的设定，PID参数设定，各种阀门的开闭，变频器的启动、停止等设定。并且可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警等，IPC还可以根据设定对采集的数据进行保存打印。
在系统设计中，EC20 PLC为整个系统的核心，执行各种系统操作及计算，EC20 PLC根据工艺要求和现场状况进行逻辑判断，开闭各种阀门和启停各风机;同时利用自身的PID功能对温度进行控制，具体方法后面描述。
艾默生EV2000系列变频器自带RS-485接口的通讯单元，符合RS-485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据MODBUS通讯协议，我们可以通过RSz-485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS-485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高，因此在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS-485通讯链路来完成，达到了经济高效的目的。
3.2 监控画面设计
整个系统监控画面主要分为主画面，实时温度监控，PID参数设定，三个部分(其他部分省略)，具体如下:
主画面如图4所示，主要完成对系统状态的监控(如各种风阀的开闭状态，风机的运行状态，报警状态)，数据统计(如系统运行的时间，启停系统的次数)，温度设定/测量等功能。

图4 系统监控主画面

实时温度监控画面如图5所示，此画面主要用于对温度的实时监控，并描绘出温度曲线趋势，以便判断系统的温度控制是否处于良好状态，同时可以实现对温度进行保存/打印等操作。

图5 实时温度监控画面

PID参数设定画面主要用于比例常数P，积分常数I，微分常数D的设定，同时根据实时温度曲线状况进行调节;同时显示PID控制的输出比例，见图6。

图6 PID参数设定画面

3.3 对温度控制策略与PLC实现
（1）温度控制策略
为便于对整个老化房内温度的控制，同时充分利用EC20 PLC自身PID功能和PWM脉冲输出(Y0，Y1)的优势，室内温度区域分为2个部分(上层和下层各8个测温度点)，对温度取平均值作为温度的测量值，并把此平均值送入PID功能块进行运算，同时对加热执行元件(参考EC20 PLC的I/O接线图，固态继电器SSR1，SSR2，SSR3所控制的发热管的功率逐渐加大)也进行了分组处理:温度偏差较小的情况下，进行PID运算，通过Y0输出脉冲给SSR1，同时关闭SSR2，SSR3(即Y1，Y2停止输出);如果温度偏差较大，则Y1，Y2也参加输出，具体处理思路如下:
表1 温度控制策略

4 PLC与变频器的MODBUS通讯
由于EMESON EC20 PLC和EV2000变频器(非标)都集成MODBUS协议，所以实现它们的通信相对比较简单，整个网络采用RS-485通信方式。
4.1 各设备接口通信参数设置
对EC20 PLC设置如图7所示:

图7 各设备接口通信参数设置图

(1) EV2000的设置要点
●各通信参数要和EC20 PLC一致;
●各变频器的地址要有自己唯一的从机地址;
●注意变频器的通信跳线开关CN14拨在RS-485方向;
●变频器的延时应答设为(FF.03)30-50ms。参见表2。

表2 EV200变频器的设备要点

图8 EC20PLC和变频器的连接图

图9 RTU方式格式图

RTU方式:在RTU方式下，帧之间的空闲时间取功能码设定和Modbus内部约定值中的较大值。Modbus内部约定的最小帧间空闲如下:帧头和帧尾通过总线空闲时间不小于3.5个字节时间来界定帧。数据校验采用CRC-16，整个信息参与校验，校验和的高低字节需要交换后发送。具体的CRC校验请参考协议后面的示例。值得注意的是，帧间保持至少3.5个字符的总线空闲即可，帧之间的总线空闲不需要累加起始和结束空闲。
Modbus最主要的功能是读写参数，不同的功能码决定不同的操作请求。变频器Modbus协议支持表3功能码操作:
表3 变频器Modbus协议支持的功能码操作

图10 变频器启动程序清单

读取5#变频器的运行频率，变频器应答运行频率为50.00Hz:如表9所示。

表9 读取5#变频器的运行频率，变频器应答运行频率为50Hz

图11 读变频器程序清单

5#变频器以最快速度停车，如表10所示。

表10 5#变频器的最快速度停车

程序清单:(省略)
其他控制逻辑程序省略。

5 结束语
自从改用EMERSON的PLC作为系统的核心设备后，系统不仅达到良好的控制效果和很好的经济效益，同时比较容易维护，受到用户的好评。