基于PLC的工業(yè)溫度控制系統(tǒng)方案的研究與設計

朱擁軍

（中國電建河南第二火電建設公司調(diào)試所，鄭州 450000）

基于PLC的工業(yè)溫度控制系統(tǒng)方案的研究與設計

朱擁軍

（中國電建河南第二火電建設公司調(diào)試所，鄭州 450000）

目前在工業(yè)高溫加熱爐等高溫控制領域，大多還是采用了老式的動圈試調(diào)節(jié)爐溫控制，或者采用了簡單的單片機系統(tǒng)對溫度進行控制，這樣的溫度控制方案往往在溫度控制精度上和實用上難以滿足現(xiàn)代化工業(yè)系統(tǒng)的要求，本文針對該問題的不足，提出了一種基于PLC的工業(yè)溫度控制系統(tǒng)的設計方案，并通過實驗對系統(tǒng)方案進行測試，結果表明了本系統(tǒng)方案能夠得到滿意的準確度。

硬件系統(tǒng)；系統(tǒng)軟件；仿真測試

0 引言

溫度控制是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械等工業(yè)領域，具有舉足輕重的作用。對于不同的溫度控制場景和系統(tǒng)需求，采用的溫度采集元器件、控制CPU和控制方案都有著很大的差異。

目前在工業(yè)溫度控制領域，大部分還是采用了傳統(tǒng)的老舊的動圈式兩位指示調(diào)節(jié)儀（如XCT01），或者一些通過使用單片機控制器作為溫度控制處理核心外加繼電器和一系列的輔助電路構成的控制電路板。前者由于其控制精度低，溫度波動范圍大，目前已經(jīng)基本難以滿足現(xiàn)有的控制系統(tǒng)的需求；后者雖然能夠執(zhí)行較高精度的控制算法，但是其設計麻煩并且穩(wěn)定性差很難應用在對溫度控制具有非常高的穩(wěn)定性和高精度的要求的工業(yè)控制場合，更不適合目前以PLC為主導的現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)需求。

針對這些不足，本文提出了一種基于PLC系統(tǒng)的高精度自適應溫度控制方案，通過對系統(tǒng)進行分析，構建系統(tǒng)模型，得出了控制系統(tǒng)相關的理論參數(shù)，最后給出了實際的仿真結果。

1 硬件系統(tǒng)的設計

在工業(yè)控制領域中加熱設備多為電爐絲加熱器，這樣的設備PLC控制器常常是通過大電流固態(tài)繼電器與設備連接，加熱設備的溫度通過傳感器進行檢測形成變化的電流，然后通過放大濾波處理電路進行處理輸入到PLC控制器，PLC控制器獲得了溫度參數(shù)后，根據(jù)用戶輸入的控制參數(shù)執(zhí)行控制算法輸出對應的控制量實現(xiàn)對加熱設備的高精度控制，本系統(tǒng)采用三菱PLC主機采用了晶體管輸出型，其型號為Fx2N一64MT。而接觸器的控制其整個系統(tǒng)的結構如圖1所示：

圖1 硬件系統(tǒng)方案設計

2 系統(tǒng)軟件控制方案

本系統(tǒng)采用的是一種針對PLC改進的PID控制算法方案，其設計程序流程如圖2所示，系統(tǒng)在傳統(tǒng)的PID算法的基礎上增加了卡爾曼濾波，通過卡爾曼濾波能夠有效的增強系統(tǒng)的平滑性，同時能夠有效的減少外部干擾，特別是電磁干擾導致的一些脈沖信號輸入帶來的危害，同時系統(tǒng)增加了記憶存儲模塊，通過記憶歷史的PID控制系統(tǒng)狀態(tài)，為當前系統(tǒng)PID輸出做出決策，這樣能夠有效的降低不必要的調(diào)整時間，從而有效的減少繼電器的開合次數(shù)，提高繼電器的壽命，這在工業(yè)應用上具有非常大的實際經(jīng)濟效益和價值。

圖2 控制方案程序流程圖

3 仿真測試與結論

本系統(tǒng)的仿真實驗是通過搭建實際的PLC溫控平臺，通過PLC控制加熱管進行加熱，其溫度控制區(qū)間為室溫（23℃）到200℃之間，溫度傳感器采用PT100，其溫度采集范圍在-50℃到500℃，濾波放大電路采用專用的中控公司生產(chǎn)的RS9880寬溫濾波放大電路，最后通過文本屏輸入溫度和PID控制參數(shù)，在預計算出來的理論參數(shù)值不斷進行實驗調(diào)整，最后得出最佳的仿真結果，其結果如圖3所示，結果表明，本文提出的溫度控制方案，能夠有效的改進溫度控制效果，其具有極高的控制精度，并且設計的溫度控制方案在180℃和60℃進行仿真的時候，其相對于普通的溫控系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)能力更強，其溫度波動范圍更小。

圖3 實驗仿真結果

[1]張雪平，王志斌.基于模糊控制的 PLC 在溫度控制中的應用[J].電氣傳動，2005（08）：54-55.

[2]秦晴.一種基于IPC+ PLC 溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].東方電氣評論，2000（04）：227-232.

[3]葉丹，齊國生，洪強寧等.基于單片機的自適應溫度控制系統(tǒng)[J].傳感器技術，2002（03）：27-30.

朱擁軍（1985-），男，工程師，主要從事電氣調(diào)試研究工作。