基于PLC 控制的加熱爐溫度控制系統研究

馬平 聶婧瑤 張強 許雪峰 毛國軍 裴崇慶

摘要：我國很多生產行業都需要用到溫度控制系統，而基于PLC的溫度控制系統，能夠充分彌補以往采用的基于PID溫度控制系統的缺陷，并提高溫度控制的精確度和系統的經濟性，是提高我國工業生產水平的重要基礎之一。為此，筆者對基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統展開詳細研究，旨在為我國工業生產中溫度控制系統的采用提供參考依據，為促進國家經濟發展提供幫助。

關鍵詞：PLC;加熱爐;溫度控制系統

在以往采用的加熱爐溫度控制系統中，通常是基于繼電器進行控制，采用固定接線的辦法控制硬件運行，這種方式讓控制系統繁雜、浪費大量空間，且能耗高、控制效率較低，還容易出現問題，維修復雜。傳統溫控系統的弊端嚴重影響了工業生產的質量和效率，而PLC控制技術的出現，讓溫控系統的控制效率、經濟性、操作便捷性以及可維修性大大增加，因此，對基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統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簡介

（一）系統基本構成分析

該系統由PLC控制器、SCR、加熱爐、傳感器等模塊組成，系統構成圖見下圖1：

圖1 系統基本構成

（二）系統控制原理分析

該系統溫控的原理是：傳感器檢測加熱爐的溫度后將溫度信息通過電信號傳遞到A/D，A/D將電信號再轉化為數字信號傳遞到PLC控制器，然后PLC通過對設定溫度值與檢測到的實際溫度值對比分析，再將控制脈沖傳遞給SCR，經過SCR傳遞控制信號，來實現對加熱爐電阻絲電壓的調整，從而達到控制溫度的目的。

二、基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統硬件分析

（一）控制模塊分析

通常采用型號為SCP-423作為控制器，該模塊擁有8K字節存儲器、4000個I/O腳，支持熱電偶和熱電阻的輸入、標準模擬量的輸入輸出等。

（二）工作站分析

Intecolor工業控制機為最佳的工作站選擇，該控制機擁有全封閉設計，支持20顯示器。同時為確保其性能，由2臺控制機互聯通信同時工作，工作站還配備了ARTIC加速卡，支持FIX工業檢測控制軟件，該軟件能夠支持前后臺總計最多15個進程，采取組態模式進行編輯;除此之外，工作站還配備了自動報警系統，支持數據庫內容的實時查詢、表格制作、多畫面監控等多種功能，利用C語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數據、工藝參數、控制功能等;在工作站運行過程中，使用者所需的生產壓力、溫度等信息均可在終端進行監控;除去數據顯示功能，終端支持對各個模擬量的變化制作動態曲線并打印。

操作終端的最佳選擇為Intellution公司提供的專業軟件：FIX，FIX終端可以利用圖像的形式，將工作過程中各項數據的變化直觀、簡潔地進行展示，從而大大提升溫度等數據檢測和控制的效率，提高使用人員的使用便捷性。

（四）工作站和操作終端的關系分析

工作站能夠監控PLC模塊的運行，并修繕運行程序，一旦運行過程中出現問題，工程師可以通過工作站對整個運行系統進行監控，實時觀察數據變化、找到問題的原因。必要的時候，工作站能夠起到操作終端執行任務的作用，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，提高系統的整體性和管控的完善性。

不僅如此，系統還配備簡潔易懂的UI，可以實現自動控制，或通過終端對加熱爐的溫度進行控制。為支持上述功能，CRT上可以完整、詳細地展示各項數據的設定值和實際值，從而便于對參數的設定進行修改;還支持對各個參數設定值的歷史修改數據以及實際檢測數據進行記錄，數據記錄保留的時間長度遠高于以往的DCS系統，能夠實現數年來所記錄數據的存儲;還可以詳細監控產品質量和相關設備信息、詳細顯示輸入和輸出點的工作情況;同時還支持聲光報警系統。

三、控制對象分析

（一）推鋼機

利用光電編碼器、主令控制器和制動器對推鋼機的運行動作進行控制。其中光電編碼器用于實時調整推鋼機的行程;主令控制器用于控制推進的具體數值。除此之外，在加熱爐的出口位置還配有熱金屬檢測器，從而實時監控溫度并調整推鋼機推頭溫度。

（二）出鋼機

減速器和制動器控制出鋼機的升降尺度，通過直流電機控制出鋼機的橫向移動速度。如果出鋼機空載，則提高移動速度;如果出鋼機托鋼，則降低移動速度。同時出鋼機的水平運動尺度還可依照實際的板寬做出靈活變動。

（三）高壓水除鱗機

高壓水除鱗機的噴嘴升降范圍通常在，絲桿則可以在0.1m范圍的實現任意移動，噴嘴的實時位置可以在操作終端顯示。利用光電編碼器對絲桿的位置、噴嘴的升降進行控制，利用主令控制器對絲桿移動的極點進行控制。

四、基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統的算法分析

溫度的檢測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也多少會存在一些控制誤差。降低這種誤差的辦法就是PID控制算法。借助PID算法，能夠提高生產的質量和控制效率。值得注意的是，在采用算法的過程中應當充分依據生產需求以及控制對象的實際情況，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調試

在正式使用系統之前，應對系統展開調試，確保系統運行的穩定。系統調試分為硬件和軟件調試：

軟件調試要通過PC機進行，在PC機上輸入相應的參數、模擬量等信息，并運行PLC控制程序，檢測系統的運行情況，如果系統運行有故障，則要不斷改善程序再運行，直到能夠正常運行。值得注意的是，模擬運行的過程中，應當設置多個不同參數進行調試，從而確保系統的完善和溫度。

硬件調試要通過實驗室進行，以某個設備為對象展開模擬控制，檢測設備的各個模塊和元件是否滿足需求。在此基礎上運行基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統，查看最終的運行結果，在調試過程中可以依照實際需求不斷進行系統的調整，直至達到最佳控制結果。

綜上所述，本文對基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統展開了詳細的研究，分析了系統基本構成、系統控制原理，分別介紹了系統的控制模塊、工作站和操作終端，并分析了工作站和操作終端的關系，研究了系統的算法。系統通過傳感器檢測加熱爐的溫度，傳遞數字信號至PLC控制器，再由PLC通過對設定溫度值與檢測到的實際溫度值對比分析，控制SCR對加熱爐電阻絲的電壓進行調整，從而控制加熱爐的溫度。通過PLC控制技術，大大提高了加熱爐溫控系統的控制效率、經濟性、操作便捷性以及可維修性，該系統在未來的發展過程中必將得到廣泛的應用。

參考文獻：

[1]盛麗娜.基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統研究[J].電子測試，2019（6）：26-27.

[2]李彥洲.基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統設計[J].冶金叢刊，2016，000（006）：203.