温度控制单元的功能和应用

温度量是很常用的模拟量，在工业控制中，常要对其进行控制。在模拟量PID控制硬件单元中，各PLC厂家多开发有专用于温度控制的硬件单元，即这里将介绍的温度控制单元。它不仅直接读入温度信号，而且可依据预置的控制方式与要求的温度值，进行温度控制。

CJ1W-TC系列模块就是这样的温度控制单元的一种。是OMRON公司CJ1机的一种特殊I/O单元。它直接接受来自热电偶或铂电阻温度计的输入，执行相应的PID控制，并通过开路集电极送出输出结果。

图4-66所示为CJ1W-TC系列模块的正面视图（图4-66a）与侧面视图（图4-66b）。

由于CJ1机为无底板的模块式PLC，所以，它的模块间连接器在侧面。从正面视图可看出，它的面板上有单元号、DIP及输入类型开关。还有3个状态指示灯及若干输出指示灯。还有接线端子。状态指示灯名称及其含义见表4-10。

图4-66 CJ1W-TC系列模块

1、11—滑动锁扣 2—连接器 3—DIN安装栓 4—输入类型开关 5—DIP开关 6—单元号开关 7—状态指示灯 8—输出指示灯 9—端子板 10—端子板锁定杆

表4-10 状态指示灯含义

1.类型

CJ1W-TC系列模块有两种主要单元类型：一种提供4个控制回路，另一种提供2个带加热器断线检测功能的控制回路。两种类型都有和热电偶（R，S，K，J，T，B或L）相配的型号及和铂电阻温度计（JPt100或Pt100）相配的型号，都可使用NPN输出和PNP输出。也可进行PID控制参数的自动整定。

图4-67表示CJ1W-TC001温度控制单元（4个控制回路，热电偶输入，NPN输出）和CJ1W-TC103温度控制单元（2个控制回路，带加热器烧断检测，铂电阻温度计，NPN输出）的基本系统。

图4-67 温度控制单元控制系统

要注意的是：第一、必须使用一个OMRON E54-CT1或E54-CT3电流互感器，不要使用任何其它电流互感器。第二、将回路的停止位转为ON以停止温度控制。如果正在使用PID控制，而且用一个操作开关输入到加热器使加热器转为OFF，则PID控制性能是反作用的。

2.规格

CJ1W-TC系列模块共同规格见表4-11。不同类型的不同规格见表4-12。

表4-11 CJ1W-TC系列模块共同规格

（续）

（续）

注：1.型号的最后3位标明单元的特点。

2.热电偶的指示精度

·给出的精度等级是指温度控制单元和冷端补偿器（在端子板上）一体使用时的。必须将单元和端子板一起使用，单元和端子板上附有系列号以帮助保持一体性。

·当热电偶型温度控制单元返回检修时，必须将单元和端子板（带冷端补偿器）作为一体返回。

此外，有关加热器烧断（HB）报警的有关规格见表4-12。

表4-12 加热器烧断（HB）报警的有关规格

注：如果控制输出ON的时间小于200ms，加热器的烧断检测功能将不起作用，而且加热器电流测量也将不执行。

3.特点

（1）可直接连接温度传感器：可以将温度传感器直接连接到温度控制单元（2或4个输入）。有两种型号用于热电偶（R、S、K、J、T、B和L热电偶），两种型号用于铂电阻温度计。

（2）控制方式可选定：可进行PID控制，也可进行ON/OFF控制。这可用单元前面板上的一个开关（DIP开关的第6针）选定。

如用ON/OFF控制，首先要设定一个设定点。在反向操作时，达到设定值时，温度控制器将控制输出转为OFF，控制输出关断时系统温度将开始降落。当系统温度降到低于设定点时，控制输出将重新转为ON，这种ON/OFF操作是围绕设定点反复动作的。

为了避免这种反复动作过于频繁，可设定控制灵敏度。它决定了在控制输出重又转为ON之前，系统温度降落到低于设定点多远（见图4-68）。

如用PID控制，其采样周期可设定，默认值为500ms，与CPU单元的循环时间无关。并对CPU单元的循环时间没有影响。

（3）控制方向可选定：对正向操作（冷却），当PV值增加时控制变量是增加的；对反向操作（加热），当PV减小时控制变量增加。如图4-69所示。

图4-68 灵敏度设定

图4-69 正、反向控制

a）正向控制 b）反向控制

当用反向ON/OFF控制时，当PV值低于SV值时控制输出为ON。当PV等于或大于SV时控制输出为OFF。当用正向ON/OFF控制时，情况相反。

用单元DIP开关的第4、5针可以将温度控制单元的控制方向设定为反向操作或正向操作，出厂时设定为反向操作（加热）。

（4）数据格式可选定：可用单元前面板上的DIP开关（第3针），选择温度控制单元的数据，是用4位BCD码，还是用二进制（即4位十六进制）码处理。

（5）有输入补偿功能：对传感器测得的温度值，可增加一个补偿值，来调整PV值。

（6）加热器烧断检测（仅用于单相操作）：当使用2回路温度控制单元时，每个回路可以接一个电流互感器（CT）以检测加热器烧断。

（7）每个回路有两个内部报警，可将报警输出到CPU单元的存储区中分配的区域，而且可以使用下列9种报警模式的任一种：高和低限报警、高限报警、低限报警、带备用顺序的高低限报警、带备用顺序的高限报警、带备用顺序的低限报警、绝对值高限报警、绝对值低限报警。

报警输出可设成有迟滞的。报警迟滞与报警输出ON/OFF间的关系，如图4-70所示。

图4-70 报警迟滞与报警输出ON/OFF间的关系

报警还有个“待机顺序”问题。此即：在单元初始化期间，其PV进入报警范围时，待机顺序禁止报警输出。等PV值离开报警范围，下一次再进入报警范围后，报警输出将起作用。但待机顺序可重新起动，如单元重新起动时或当输出，OFF又转为OFF时，即又进入待机顺序状态。

（8）与CPU单元可交换多种数据：其交换数据的情况如图4-71所示。

图4-71 交换数据简图

数据交换通过CPU单元的CIO和DM区中的字执行。操作数据存储在CIO区，初始化数据和操作参数存储在DM区。

操作数据为操作温度控制单元用的基本数据，在CPU单元I/O刷新时作交换。操作数据包括过程值、设定点、停止位、AT起动位、AT停止位和其它数据。所以，可从CPU单元用操作数据，向温度控制单元发命令，以切换温度控制单元PID控制的运行和停止。但当PLC处编程模式时，可用单元前面板上的DIP开关（第1针），选择温度控制单元是继续操作还是停止操作。(www.xing528.com)

初始化数据用于初始化温度控制单元的数据，是在PLC转为ON或温度控制单元重新起动时，作为初始化数据与CPU单元交换的，初始化数据包括报警模式，报警迟滞和其它数据。

操作参数为控制温度控制单元操作的参数，是在CPU单元I/O刷新时，作为操作参数与CPU单元交换的。操作参数包括报警SV、控制周期、比例带、积分时间和其它参数。

（9）温度控制单元有自己的数据存储器：

温度控制单元有两种存储器：RAM和EEPROM。表4-13说明了这些数据存储与传送的情况。

表4-13 数据存储与传送

注：1.自动整定的PID参数时，其结果在自动整定后自动写入RAM。

2.EEPROM写入的寿命为100000次。

温度控制单元的数据是，在与CPU单元交换数据时，写到温度控制单元RAM中的。如保存位置为ON，可以将这些数据的一部分从RAM写到EEPROM。如果DIP开关的第8针为ON，当电源转为ON或重新起动温度控制单元时，储存在EEPROM中的数据将自动传送到CPU单元的DM区，以便能用储存在EE-PROM中的数据操作。图4-72说明过了这些数据传送的情况。

图4-72 数据传送概况

所以，为了简化温度控制单元的操作，可以将DIP开关的第8针转为ON，可方便地用储存在EEPROM中的数据操作。

（10）可使用OMRON公司改进的PID算法，实现双自由度控制，以提高控制的性能。而且，其PID参数是可自整定的。

4.使用

温度控制单元的安装和设定步骤如下。

（1）设定单元号。用面板上的单元号开关，设定单元号。单元号为两位数。设定后，在CIO区占用20字，在DM区占用100字。单元号与使用的CIO起始地址的对应关系为

n=200+（10×单元号）

共要用20个字，从n～n+19。

（2）设定输入类型。可用面板上的输入类型开关，选定在温度控制单元的输入类型。其间关系见表4-14（用于热偶）及表4-15（用于热阻）。

表4-14 输入类型开设定（用于热偶）

表4-15 输入类型开设定（用于热阻）

例：对热偶型的单元，如将单元前面板上的开关设定到1，则输入为K型热电偶（0.0～500.0℃）。

（3）设定控制功能。用面板上的DIP开关（图4-73，在右边为ON），按要求作控制功能的设定。DIP开关各针的作用见表4-16。

例：如针2置OFF，则选择的温度单位为摄氏度；而针3置为OFF，则选择的数据格式为BCD码。等等。

图4-73 DIP 开关

表4-16 DIP开关设定

（4）按要求接线。

（5）接通PLC电源。

（6）创建I/O表。

（7）在分配的DM区内分配给单元的字中进行初始设定。

（8）再做一次（断开再合上）PLC供电循环，使设定生效。

（9）编程。

按要求编写有关程序。如单元号设为1，要求编一个把过程值（PV）分别存储到D100～D103中的程序。

由于本例单元号为1，回路1、2、3、4的PV值的地址分别为2013、2014、2023及2024。回路传感器出错标志位分别为201814、201914、202814及202914。只要相应的传感器不出错，就要把有关数据予以存储。这程序是很简单的，如图4-74所示。

图4-74 存储程序

（10）PID参数整定。

PID参数可手动设定，也可自动整定。

1）手动设定。较简单，按要求，将比例带（P），积分时间（I）和微分时间（D）等值，设定到分配给单元的DM字中，即可。

2）自动整定。自动整定使用的是有限周期法，通过强制改变操作变量来测定控制系统的特性，以确定最佳的PID常数。

自整定起动由PLC控制。起动后的计算由单元自行实现。求得自整定的参数后传送、保存还由PLC控制。

具体步骤是：

（a）将AT起动位，如回路1使n+2的02位转为ON，起动自动整定。

（b）单元进行自动整定。

（c）自整定完成时，将求得的PID参数储存到分配给该单元的DM字内的操作参数输入区（求得的PID参数从温度控制单元传送到CPU单元）。

所以，要进行自整定，要有相应的PLC程序。图4-75即为一个程序实例。它用的单元为CJ1W-TC001温度控制单元。单元号设为0，用于回路1的PID参数自整定。

注：1.回路1AT标志为CIO（n+8）的位03，回路1PID常数计算标志为CIO（n+8）的位10，而回路1保存完成标志为CIO（n+8）的位15。

2.回路1AT起动位为CIO（n+2）的位02而回路1改变PID常数位为CIO（n+2）的位13。

3.当改变PID常数位转为ON时，PID常数计算标志将为OFF。

图4-75 自整定程序实例

4.如果DIP开关的第8针设定为ON，则在初始化时单元的EEPROM中的设定传送到CPU单元，必须将回路的保存位转为ON以将新的设定保存到温度控制单元的EEPROM。