基于PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)研究

馬平 聶婧瑤 張強(qiáng) 許雪峰 毛國(guó)軍 裴崇慶

摘要：我國(guó)很多生產(chǎn)行業(yè)都需要用到溫度控制系統(tǒng)，而基于PLC的溫度控制系統(tǒng)，能夠充分彌補(bǔ)以往采用的基于PID溫度控制系統(tǒng)的缺陷，并提高溫度控制的精確度和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，是提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)水平的重要基礎(chǔ)之一。為此，筆者對(duì)基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)展開詳細(xì)研究，旨在為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制系統(tǒng)的采用提供參考依據(jù)，為促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：PLC;加熱爐;溫度控制系統(tǒng)

在以往采用的加熱爐溫度控制系統(tǒng)中，通常是基于繼電器進(jìn)行控制，采用固定接線的辦法控制硬件運(yùn)行，這種方式讓控制系統(tǒng)繁雜、浪費(fèi)大量空間，且能耗高、控制效率較低，還容易出現(xiàn)問題，維修復(fù)雜。傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)的弊端嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，而PLC控制技術(shù)的出現(xiàn)，讓溫控系統(tǒng)的控制效率、經(jīng)濟(jì)性、操作便捷性以及可維修性大大增加，因此，對(duì)基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)展開研究有著重要意義。

一、基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（一）系統(tǒng)基本構(gòu)成分析

該系統(tǒng)由PLC控制器、SCR、加熱爐、傳感器等模塊組成，系統(tǒng)構(gòu)成圖見下圖1：

圖1 系統(tǒng)基本構(gòu)成

（二）系統(tǒng)控制原理分析

該系統(tǒng)溫控的原理是：傳感器檢測(cè)加熱爐的溫度后將溫度信息通過電信號(hào)傳遞到A/D，A/D將電信號(hào)再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞到PLC控制器，然后PLC通過對(duì)設(shè)定溫度值與檢測(cè)到的實(shí)際溫度值對(duì)比分析，再將控制脈沖傳遞給SCR，經(jīng)過SCR傳遞控制信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐電阻絲電壓的調(diào)整，從而達(dá)到控制溫度的目的。

二、基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)硬件分析

（一）控制模塊分析

通常采用型號(hào)為SCP-423作為控制器，該模塊擁有8K字節(jié)存儲(chǔ)器、4000個(gè)I/O腳，支持熱電偶和熱電阻的輸入、標(biāo)準(zhǔn)模擬量的輸入輸出等。

（二）工作站分析

Intecolor工業(yè)控制機(jī)為最佳的工作站選擇，該控制機(jī)擁有全封閉設(shè)計(jì)，支持20顯示器。同時(shí)為確保其性能，由2臺(tái)控制機(jī)互聯(lián)通信同時(shí)工作，工作站還配備了ARTIC加速卡，支持FIX工業(yè)檢測(cè)控制軟件，該軟件能夠支持前后臺(tái)總計(jì)最多15個(gè)進(jìn)程，采取組態(tài)模式進(jìn)行編輯;除此之外，工作站還配備了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的實(shí)時(shí)查詢、表格制作、多畫面監(jiān)控等多種功能，利用C語(yǔ)言接口還支持拓展更多功能。

（三）操作終端分析

工作前，可以在終端輸入生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、控制功能等;在工作站運(yùn)行過程中，使用者所需的生產(chǎn)壓力、溫度等信息均可在終端進(jìn)行監(jiān)控;除去數(shù)據(jù)顯示功能，終端支持對(duì)各個(gè)模擬量的變化制作動(dòng)態(tài)曲線并打印。

操作終端的最佳選擇為Intellution公司提供的專業(yè)軟件：FIX，F(xiàn)IX終端可以利用圖像的形式，將工作過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化直觀、簡(jiǎn)潔地進(jìn)行展示，從而大大提升溫度等數(shù)據(jù)檢測(cè)和控制的效率，提高使用人員的使用便捷性。

（四）工作站和操作終端的關(guān)系分析

工作站能夠監(jiān)控PLC模塊的運(yùn)行，并修繕運(yùn)行程序，一旦運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，工程師可以通過工作站對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)變化、找到問題的原因。必要的時(shí)候，工作站能夠起到操作終端執(zhí)行任務(wù)的作用，而操作終端也可以起到代替工作站行為的作用，兩者相輔相成，提高系統(tǒng)的整體性和管控的完善性。

不僅如此，系統(tǒng)還配備簡(jiǎn)潔易懂的UI，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，或通過終端對(duì)加熱爐的溫度進(jìn)行控制。為支持上述功能，CRT上可以完整、詳細(xì)地展示各項(xiàng)數(shù)據(jù)的設(shè)定值和實(shí)際值，從而便于對(duì)參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行修改;還支持對(duì)各個(gè)參數(shù)設(shè)定值的歷史修改數(shù)據(jù)以及實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，數(shù)據(jù)記錄保留的時(shí)間長(zhǎng)度遠(yuǎn)高于以往的DCS系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)年來所記錄數(shù)據(jù)的存儲(chǔ);還可以詳細(xì)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量和相關(guān)設(shè)備信息、詳細(xì)顯示輸入和輸出點(diǎn)的工作情況;同時(shí)還支持聲光報(bào)警系統(tǒng)。

三、控制對(duì)象分析

（一）推鋼機(jī)

利用光電編碼器、主令控制器和制動(dòng)器對(duì)推鋼機(jī)的運(yùn)行動(dòng)作進(jìn)行控制。其中光電編碼器用于實(shí)時(shí)調(diào)整推鋼機(jī)的行程;主令控制器用于控制推進(jìn)的具體數(shù)值。除此之外，在加熱爐的出口位置還配有熱金屬檢測(cè)器，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度并調(diào)整推鋼機(jī)推頭溫度。

（二）出鋼機(jī)

減速器和制動(dòng)器控制出鋼機(jī)的升降尺度，通過直流電機(jī)控制出鋼機(jī)的橫向移動(dòng)速度。如果出鋼機(jī)空載，則提高移動(dòng)速度;如果出鋼機(jī)托鋼，則降低移動(dòng)速度。同時(shí)出鋼機(jī)的水平運(yùn)動(dòng)尺度還可依照實(shí)際的板寬做出靈活變動(dòng)。

（三）高壓水除鱗機(jī)

高壓水除鱗機(jī)的噴嘴升降范圍通常在，絲桿則可以在0.1m范圍的實(shí)現(xiàn)任意移動(dòng)，噴嘴的實(shí)時(shí)位置可以在操作終端顯示。利用光電編碼器對(duì)絲桿的位置、噴嘴的升降進(jìn)行控制，利用主令控制器對(duì)絲桿移動(dòng)的極點(diǎn)進(jìn)行控制。

四、基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)的算法分析

溫度的檢測(cè)和控制多少都存在一些滯后，因此基于PLC的加熱爐溫度控制系統(tǒng)也多少會(huì)存在一些控制誤差。降低這種誤差的辦法就是PID控制算法。借助PID算法，能夠提高生產(chǎn)的質(zhì)量和控制效率。值得注意的是，在采用算法的過程中應(yīng)當(dāng)充分依據(jù)生產(chǎn)需求以及控制對(duì)象的實(shí)際情況，選擇最合適的PID控制算法類型。

五、基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)調(diào)試

在正式使用系統(tǒng)之前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)展開調(diào)試，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。系統(tǒng)調(diào)試分為硬件和軟件調(diào)試：

軟件調(diào)試要通過PC機(jī)進(jìn)行，在PC機(jī)上輸入相應(yīng)的參數(shù)、模擬量等信息，并運(yùn)行PLC控制程序，檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，如果系統(tǒng)運(yùn)行有故障，則要不斷改善程序再運(yùn)行，直到能夠正常運(yùn)行。值得注意的是，模擬運(yùn)行的過程中，應(yīng)當(dāng)設(shè)置多個(gè)不同參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，從而確保系統(tǒng)的完善和溫度。

硬件調(diào)試要通過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，以某個(gè)設(shè)備為對(duì)象展開模擬控制，檢測(cè)設(shè)備的各個(gè)模塊和元件是否滿足需求。在此基礎(chǔ)上運(yùn)行基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)，查看最終的運(yùn)行結(jié)果，在調(diào)試過程中可以依照實(shí)際需求不斷進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)整，直至達(dá)到最佳控制結(jié)果。

綜上所述，本文對(duì)基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)展開了詳細(xì)的研究，分析了系統(tǒng)基本構(gòu)成、系統(tǒng)控制原理，分別介紹了系統(tǒng)的控制模塊、工作站和操作終端，并分析了工作站和操作終端的關(guān)系，研究了系統(tǒng)的算法。系統(tǒng)通過傳感器檢測(cè)加熱爐的溫度，傳遞數(shù)字信號(hào)至PLC控制器，再由PLC通過對(duì)設(shè)定溫度值與檢測(cè)到的實(shí)際溫度值對(duì)比分析，控制SCR對(duì)加熱爐電阻絲的電壓進(jìn)行調(diào)整，從而控制加熱爐的溫度。通過PLC控制技術(shù)，大大提高了加熱爐溫控系統(tǒng)的控制效率、經(jīng)濟(jì)性、操作便捷性以及可維修性，該系統(tǒng)在未來的發(fā)展過程中必將得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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