基于西門子1500PLC的溫（濕）度控制系統設計研究

李文斌

（上海東富龍科技股份有限公司，山西 大同 201108）

真空冷凍干燥技術（稱為冷凍干燥技術）是指在低溫下冷凍水溶液，然后將其中的水直接升華，而不會在真空狀態下變成液態，這確保了干燥后的物料具有基本的物理性能。并且化學性質是恒定的。真空冷凍干燥技術可用于生產抗生素，抗毒素，干擾素，細菌，病毒，疫苗等。廣泛用于醫藥，化工，食品加工，科學研究和一些特殊部門。真空冷凍干燥產品具有天然和活性的優點。它是具有高科技含量和高附加值的環保產品。冷凍干燥控制技術中應用了一些新技術，使得冷凍干燥設備具有更好的工作功能，可以適應更高的設置要求，并可以滿足更加復雜的控制環境。可以相信，這將對我國生物制藥，食品和其他工業的發展產生一定的推動作用。

1 PLC的特點

可編程控制器PLC有如下特點：（1）高可靠性、抗干擾性：PLC平均運行時間超過200000小時，無故障，可在溫度、濕度等不利條件下可靠運行。（2）模塊組合靈活：對于工業設施的各種信號，PLC具有相應的I/O模塊，人機交互接口，網絡接口模塊和工業設備。（3）功能高：PLC既具有邏輯、時間、計數和其他連續控制功能，也具有算術、模擬處理功能，控制PID，交通控制，過程控制，網絡連接，遠程I/O，內部和外部故障和高速數據處理，這是為了滿足復雜的工業控制要求。（4）編程簡單：大多數程序使用的梯形語言類似繼電控制電路，不需要計算機的專業知識；容易理解和掌握一般工程師。（5）安裝和維護簡單：安裝不需要特殊的機器空間和嚴格的保護，系統可以運行，如果所有的零件連接正確，每個模塊都有工作和故障檢測設備，大多數模塊可以連接在電壓下，更換方便，最大限度的空閑時間，為了使生產迅速恢復和快速工作。（6）運行速度快。（7）體積小、重量輕、能量消耗低、生產率高。

2 基于西門子1500 PLC的溫（濕）度控制系統設計

2.1 控制系統設計基本原則

（1）滿足被控對象的各項性能指標。相關的設計人員在進行設計之前，應該充分的了解實際情況，對現場進行勘察，研究，提前準備好相關的資料，跟負責機械部分以及實際操作部分的人員要密切配合，一起擬定電氣控制的方案設計，以此清楚確定控制任務跟控制系統應該有的相關功能，方便在設計的過程當中一起來解決出現的對應問題。（2）確保控制系統的安全可靠。電氣控制系統設計中要重視其系統的可靠性，如果系統控制不能滿足電氣控制系統的安全穩定工作，那么設計出的系統，是很難進行投入使用的。實際的施工過程當中，肯定是需要把可靠性放在第一位，組成冗余控制系統，以此以保證生產安全為目標，去提升產品的質量以及數量。（3）力求控制系統簡單。控制系統的構成應當需要簡單些，當然，是需要建立在可以保證工作的可靠以及控制的要求能夠被滿足的前提之下。因為構成簡單的控制系統有著實用性以及經濟性，不但使用的時候可以方便些，后期進行維護的時候也能夠容易些。

2.2 溫度傳感器選型

溫度傳感器的類型非常復雜。由于材料，方法和溫度測量原理的不同，溫度范圍和精度會有所不同。因此，應選擇不同的溫度傳感器用于不同的目的。鉑電阻pt100是-200至850℃范圍內最準確的溫度傳感器，和熱電偶和熱敏電阻比較，鉑具有良好的物理和化學性質，以及很強的抗氧化性能，高滲透性，高靈敏度和高靈敏度。有兩種鉑電阻溫度傳感器：標準鉑電阻溫度傳感器和工業鉑電阻溫度傳感器。對于測量精度，工業鉑電阻通常不如標準鉑電阻穩定。有兩個原因：首先，金屬鉑及其周圍材料在高溫下的擴散會污染純度并降低鉑耐溫性測量的可重復性。其次，高溫下鉑電阻溫度測量的再現性降低，再現性受應力退火的影響。但標準鉑電阻溫度傳感器也存在價格高、維護困難等缺點。考慮到成本因素，系統采用工業PT100鉑電阻作為溫度傳感器。

2.3 系統整體控制設計

如圖1所示，是系統整體硬件設計電路圖，首先由測溫儀進行溫度的測量，并由LCD顯示屏進行溫度顯示，整個過程由PLC進行控制。當溫度超過設定范圍，蜂鳴器進行報警，此時，單片機控制電路斷開，加熱裝置停止工作，如此進行溫度的調控，升溫過程與降溫過程類似，這樣來保證系統溫度的穩定。

圖1 系統硬件設計電路圖

2.4 西門子1500 PLC控制設計流程圖

西門子1500 PLC程序設計流程圖如圖2。

圖2 西門子1500 PLC程序設計流程圖

FB41是隨西門子1500 PLC系統提供的PID運行管理模塊。隨著比例系數KP的增加，系統的穩定性誤差逐漸減小。然而，KP的增加也將導致動態特性的劣化，過沖尺寸的增加和振動的增加。

積分常數TI越小，積分越強，消除靜態誤差所需的時間越少，但振蕩被放大，超出量增加。

積分環節可以解決系統的穩態誤差，但在應用積分環節后，系統的響應變慢，靈敏度降低。為了提高系統靈敏度，必須添加差分耦合以區分輸入數據和時間。大表明輸入變化是嚴重的應該減緩這種情形。差分時間常數TD影響系統的動態特性，并隨著TD增加和超調到TD而減少調諧時間。因此，應該選擇正確的TD以獲得最佳結果。差分線具有擾動引起的靈敏度問題，降低了系統的穩態。