基于PLC的工業溫度控制系統方案的研究與設計

朱擁軍

（中國電建河南第二火電建設公司調試所，鄭州 450000）

基于PLC的工業溫度控制系統方案的研究與設計

朱擁軍

（中國電建河南第二火電建設公司調試所，鄭州 450000）

目前在工業高溫加熱爐等高溫控制領域，大多還是采用了老式的動圈試調節爐溫控制，或者采用了簡單的單片機系統對溫度進行控制，這樣的溫度控制方案往往在溫度控制精度上和實用上難以滿足現代化工業系統的要求，本文針對該問題的不足，提出了一種基于PLC的工業溫度控制系統的設計方案，并通過實驗對系統方案進行測試，結果表明了本系統方案能夠得到滿意的準確度。

硬件系統；系統軟件；仿真測試

0 引言

溫度控制是工業控制中主要的被控參數之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械等工業領域，具有舉足輕重的作用。對于不同的溫度控制場景和系統需求，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。

目前在工業溫度控制領域，大部分還是采用了傳統的老舊的動圈式兩位指示調節儀（如XCT01），或者一些通過使用單片機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成的控制電路板。前者由于其控制精度低，溫度波動范圍大，目前已經基本難以滿足現有的控制系統的需求；后者雖然能夠執行較高精度的控制算法，但是其設計麻煩并且穩定性差很難應用在對溫度控制具有非常高的穩定性和高精度的要求的工業控制場合，更不適合目前以PLC為主導的現代化工業控制系統需求。

針對這些不足，本文提出了一種基于PLC系統的高精度自適應溫度控制方案，通過對系統進行分析，構建系統模型，得出了控制系統相關的理論參數，最后給出了實際的仿真結果。

1 硬件系統的設計

在工業控制領域中加熱設備多為電爐絲加熱器，這樣的設備PLC控制器常常是通過大電流固態繼電器與設備連接，加熱設備的溫度通過傳感器進行檢測形成變化的電流，然后通過放大濾波處理電路進行處理輸入到PLC控制器，PLC控制器獲得了溫度參數后，根據用戶輸入的控制參數執行控制算法輸出對應的控制量實現對加熱設備的高精度控制，本系統采用三菱PLC主機采用了晶體管輸出型，其型號為Fx2N一64MT。而接觸器的控制其整個系統的結構如圖1所示：

圖1 硬件系統方案設計

2 系統軟件控制方案

本系統采用的是一種針對PLC改進的PID控制算法方案，其設計程序流程如圖2所示，系統在傳統的PID算法的基礎上增加了卡爾曼濾波，通過卡爾曼濾波能夠有效的增強系統的平滑性，同時能夠有效的減少外部干擾，特別是電磁干擾導致的一些脈沖信號輸入帶來的危害，同時系統增加了記憶存儲模塊，通過記憶歷史的PID控制系統狀態，為當前系統PID輸出做出決策，這樣能夠有效的降低不必要的調整時間，從而有效的減少繼電器的開合次數，提高繼電器的壽命，這在工業應用上具有非常大的實際經濟效益和價值。

圖2 控制方案程序流程圖

3 仿真測試與結論

本系統的仿真實驗是通過搭建實際的PLC溫控平臺，通過PLC控制加熱管進行加熱，其溫度控制區間為室溫（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，在預計算出來的理論參數值不斷進行實驗調整，最后得出最佳的仿真結果，其結果如圖3所示，結果表明，本文提出的溫度控制方案，能夠有效的改進溫度控制效果，其具有極高的控制精度，并且設計的溫度控制方案在180℃和60℃進行仿真的時候，其相對于普通的溫控系統的智能調節能力更強，其溫度波動范圍更小。

圖3 實驗仿真結果

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

[2]秦晴.一種基于IPC+ PLC 溫度控制系統的設計與實現[J].東方電氣評論，2000（04）：227-232.

[3]葉丹，齊國生，洪強寧等.基于單片機的自適應溫度控制系統[J].傳感器技術，2002（03）：27-30.

朱擁軍（1985-），男，工程師，主要從事電氣調試研究工作。