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      基于PLC的溫度PID控制的研究與設(shè)計

      2019-05-29 10:47:42許傳遠王東瑞蔡宇楊化鵬滿煊旭
      山東工業(yè)技術(shù) 2019年14期
      關(guān)鍵詞:溫度控制

      許傳遠 王東瑞 蔡宇 楊化鵬 滿煊旭

      摘 要:本文以熱敏電阻的發(fā)熱溫度為研究對象,結(jié)合PID閉環(huán)控制原理,以S7-200smart PLC為控制工具,通過設(shè)計PLC的外圍接線電路及模擬量控制程序,實現(xiàn)了對熱敏電阻的溫度控制。

      關(guān)鍵詞:PLC;PID;溫度控制

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.138

      1 引言

      溫度、壓力、流量、液位等模擬信號變化量是工業(yè)生產(chǎn)中常見的重要參數(shù),特別是溫度的變化常與許多物理變化和化學(xué)變化等過程息息相關(guān),因此對溫度的控制在化工、冶金、機械加工等方面有著十分重要的作用。

      傳統(tǒng)的溫度控制多由繼電器控制來實現(xiàn),但是繼電器的觸點使用壽命短,故障率高,無法滿足現(xiàn)代控制的要求,而采用可編程序控制器(PLC)實現(xiàn)溫度控制目前是公認的最佳選擇??删幊绦蚩刂破魇且环N工業(yè)控制計算機,是集計算機、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強,價格便宜,可靠性強,編程簡單等特點,在工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。特別隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展,功能的不斷擴充,大多數(shù)PLC都具有了PID控制功能,對溫度、壓力等模擬信號的控制十分靈活方便。

      PID控制為比例、積分、微分控制,又稱PID調(diào)節(jié),它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一,將PLC與PID算法控制結(jié)合起來,對溫度控制將會十分高效與方便。

      2 設(shè)計方案

      2.1 總體思路

      (1)如圖1所示,系統(tǒng)控制熱敏電阻PT100發(fā)熱溫度在0-100度以內(nèi),將溫度變送器的信號與PLC模擬量模塊輸入端連接,從溫度變送器端采集物體溫度信號。

      (2)模擬量模塊輸入端將溫度變送端采集的物體溫度信號作為過程變量,與設(shè)定程序進行比較,經(jīng)程序PID運算后,由PLC模擬量輸出端輸出控制信號至驅(qū)動端控制加熱器。

      (3)根據(jù)模擬量輸出端輸出加熱信號的大小,對受熱體進行加熱,加熱后的溫度再通過溫度變送器送到PLC模擬輸入端,形成閉環(huán)控制,當(dāng)采樣溫度與設(shè)定溫度相等時PID計算結(jié)果為0,熱敏電阻溫度不再繼續(xù)增加控制結(jié)束。

      2.2 PLC的選擇

      PLC型號的選擇需要依據(jù)PLC的輸入輸出(I/O)點數(shù)、模擬信號輸入輸出情況,存儲器容量及各項控制功能是否符合控制系統(tǒng)的需要來進行選擇。西門子公司的S7-200 smart系列PLC無論從功能或性價比方面都十分優(yōu)越,特別是對模擬信號的控制方便靈活,由于本設(shè)計中需一路模擬信號輸入和一路模擬信號輸出,所以設(shè)計中可選用S7-200 smart PLC來實現(xiàn),設(shè)計中可選用CPU SR30主機模塊加EM AM03模擬信號擴展模塊來實現(xiàn)。

      3 硬件連接設(shè)計

      硬件連接設(shè)計如圖2所示,采用PLC主機模塊CPU SR30串接模擬量混合擴展模塊EM AM03實現(xiàn),對主機模塊采用24V直流供電,溫度變送信號接入EM AM03輸入信號端,模擬輸出信號接到驅(qū)動模塊。

      4 控制程序設(shè)計

      硬件連接結(jié)束后,需編寫PLC梯形圖控制程序,來實現(xiàn)溫度控制。程序編寫時,首先在子程序中設(shè)置PID控制回路參數(shù)表內(nèi)容,具體設(shè)置如表1所示,之后建立中斷程序,通過程序中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及PID計算處理,最終產(chǎn)生輸出信號進行控制,程序設(shè)計流程如圖3所示。

      程序編寫完成后,經(jīng)實際調(diào)試與控制要求相符后,即可完成溫度控制,也可與HMI設(shè)備連接,進行實時信息監(jiān)控。

      5 結(jié)束語

      溫度、壓力、液位等模擬信號的控制在自動化控制系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用,隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展,自動化控制程度越來越高,利用PLC對模擬信號控制將在各行各業(yè)中發(fā)揮出重要作用。而PID控制方法的強大控制功能與PLC相結(jié)合后使控制更加靈活和方便,其不僅可以實現(xiàn)快速精確控制,也可提高自動化生產(chǎn)效率,具有優(yōu)越的發(fā)展前景。

      參考文獻:

      [1]蔡杏山.圖解西門子S7-200 SMART PLC快速入門與提高[M].北京:電子工業(yè)出版社,2018.

      [2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)(第3版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013.

      [3]孫建平.自動控制原理[M].北京:中國電力出版社,2014.

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