基于PLC的工業(yè)溫度控制系統(tǒng)方案的研究與設(shè)計(jì)

朱擁軍

（中國(guó)電建河南第二火電建設(shè)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(shè)計(jì)

朱擁軍

（中國(guó)電建河南第二火電建設(shè)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(lǐng)域，大多還是采用了老式的動(dòng)圈試調(diào)節(jié)爐溫控制，或者采用了簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行控制，這樣的溫度控制方案往往在溫度控制精度上和實(shí)用上難以滿足現(xiàn)代化工業(yè)系統(tǒng)的要求，本文針對(duì)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(shè)計(jì)方案，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明了本系統(tǒng)方案能夠得到滿意的準(zhǔn)確度。

硬件系統(tǒng)；系統(tǒng)軟件；仿真測(cè)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(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同的溫度控制場(chǎng)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(lǐng)域，大部分還是采用了傳統(tǒng)的老舊的動(dòng)圈式兩位指示調(diào)節(jié)儀（如XCT01），或者一些通過使用單片機(jī)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(gòu)成的控制電路板。前者由于其控制精度低，溫度波動(dòng)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(shè)計(jì)麻煩并且穩(wěn)定性差很難應(yīng)用在對(duì)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(chǎng)合，更不適合目前以PLC為主導(dǎo)的現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)需求。

針對(duì)這些不足，本文提出了一種基于PLC系統(tǒng)的高精度自適應(yīng)溫度控制方案，通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，構(gòu)建系統(tǒng)模型，得出了控制系統(tǒng)相關(guān)的理論參數(shù)，最后給出了實(shí)際的仿真結(jié)果。

1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制領(lǐng)域中加熱設(shè)備多為電爐絲加熱器，這樣的設(shè)備PLC控制器常常是通過大電流固態(tài)繼電器與設(shè)備連接，加熱設(shè)備的溫度通過傳感器進(jìn)行檢測(cè)形成變化的電流，然后通過放大濾波處理電路進(jìn)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(duì)應(yīng)的控制量實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱設(shè)備的高精度控制，本系統(tǒng)采用三菱PLC主機(jī)采用了晶體管輸出型，其型號(hào)為Fx2N一64MT。而接觸器的控制其整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)軟件控制方案

本系統(tǒng)采用的是一種針對(duì)PLC改進(jìn)的PID控制算法方案，其設(shè)計(jì)程序流程如圖2所示，系統(tǒng)在傳統(tǒng)的PID算法的基礎(chǔ)上增加了卡爾曼濾波，通過卡爾曼濾波能夠有效的增強(qiáng)系統(tǒng)的平滑性，同時(shí)能夠有效的減少外部干擾，特別是電磁干擾導(dǎo)致的一些脈沖信號(hào)輸入帶來的危害，同時(shí)系統(tǒng)增加了記憶存儲(chǔ)模塊，通過記憶歷史的PID控制系統(tǒng)狀態(tài)，為當(dāng)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(shí)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(yīng)用上具有非常大的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益和價(jià)值。

圖2 控制方案程序流程圖

3 仿真測(cè)試與結(jié)論

本系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)是通過搭建實(shí)際的PLC溫控平臺(tái)，通過PLC控制加熱管進(jìn)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(yù)計(jì)算出來的理論參數(shù)值不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整，最后得出最佳的仿真結(jié)果，其結(jié)果如圖3所示，結(jié)果表明，本文提出的溫度控制方案，能夠有效的改進(jìn)溫度控制效果，其具有極高的控制精度，并且設(shè)計(jì)的溫度控制方案在180℃和60℃進(jìn)行仿真的時(shí)候，其相對(duì)于普通的溫控系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，其溫度波動(dòng)范圍更小。

圖3 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果

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

[2]秦晴.一種基于IPC+ PLC 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].東方電氣評(píng)論，2000（04）：227-232.

[3]葉丹，齊國(guó)生，洪強(qiáng)寧等.基于單片機(jī)的自適應(yīng)溫度控制系統(tǒng)[J].傳感器技術(shù)，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。