采用PWM 方式的PLC恒溫控制系統設計

嚴春平 宋耀華 熊望志

（九江職業技術學院，江西 九江332007）

0 引言

三菱FX 系列PLC是三菱公司開發的一款小型PLC，性價比很高，是工業生產中常用的一款控制器。溫度也是工業生產中常見的需要控制的物理量，用PLC實現的恒溫控制系統一般采用的是通過模擬量輸出模塊來進行控制，該控制方式要求配備D/A 模塊。本文從另一個角度出發，設計了一種PWM 控制方式，該方式輸出的是開關量信號，不需要D/A 模塊，可以減少控制系統的成本，具有很高的實用價值。

1 系統組成及運行原理

系統組成框圖如圖1所示，控制框圖如圖2所示。系統運行原理如下：通過HMI（三菱觸摸屏GOT1000）設定溫度值。溫度的反饋信號由溫度傳感器采集，然后送給PLC的模擬量輸入模塊，經該模塊將模擬信號轉變成0～4 000 的數值信號送給PLC。當液位高度超過加熱棒時，由PLC 自動啟動恒溫控制，控制規律采用PID 控制，運算結果經過比較后，產生PWM 輸出波形，由PLC 數字量輸出端口送給固態繼電器模塊，從而控制加熱棒的加熱功率，使加熱棒根據設定溫度與實際溫度的偏差自動調節輸出的功率，保持溫度的恒定。

圖1 系統組成框圖

圖2 系統控制框圖

2 系統硬件設計

硬件接線圖如圖3 所示。PLC 選擇的具體型號是FX3U－32MT/ES，屬于晶體管漏型輸出，該款PLC 是目前三菱公司小型PLC系列里性價比很高的一款，能很好地完成本控制系統的邏輯控制、PID 運算等任務。對溫度變送器反饋的信號用A/D 模塊采集，采用的是分辨率為12 位二進制的高精度模擬量輸入模塊，具體型號為FX2N－2AD。溫度傳感器選擇PT100的熱電阻，帶變送器，測量范圍為0～100 ℃，輸出信號為4～20mA，送入PLC的模擬量輸入通道2。圖3中的SB1為手動和自動運行模式轉換開關，SB2為啟動按鈕，SB3為停止按鈕，SQ2為上限位開關，SQ1為下限位開關，SB4為系統復位按鈕，SB5為系統急停按鈕。KA1 為固態繼電器輸出，KA2、KA3、KA4為黃、綠、紅信號指示燈，HA1為系統報警蜂鳴器。

圖3 硬件接線圖

3 系統軟件設計

本文設計的恒溫控制系統采用了PID 控制規律，PID 控制是應用于溫度控制中常見的一種控制方式，三菱FX 系列PLC提供專用的PID 指令。溫度傳感器檢測到的溫度值送入PLC后，經PID 指令運算得到一個0～5 000的整數，把該整數作為一個范圍為0～5s的時間t。然后設計一個周期為5s的脈沖，脈沖寬度為t，把該脈沖輸出給固態繼電器，從而控制電加熱棒，即可控制溫度，因這種脈沖輸出的波形和PWM 波形一樣，因此本文稱之為PWM 方式。

程序流程圖如圖4所示，實現PWM 輸出的參考程序如圖5所示。其中，M1為啟動PID 運算時一直處于閉合狀態的一個輔助觸點，此時本程序將產生一個 周期為5s的定時時間T0，程序中的D100為經過PID 運算后輸出的數值，其范圍為0～5 000。當T0里面的數值小于D100時，輸出Y0，因此將得到一組脈沖寬度根據PID 運算結果而發生改變的PWM 波形。

圖4 程序流程框圖

圖5 PWM 方式輸出參考程序

4 結語

通過以上分析可以看出，本文設計的PWM 方式的恒溫控制系統，采用PID 運算規律，由固態繼電器模塊輸出PWM 開關量信號給加熱棒，加熱周期可方便地由程序設定并更改，適應性強。該方法未使用D/A 模塊輸出，降低了整個控制系統的成本，具有很高的實際應用價值。

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