基于PLC的工业温度控制系统方案的研究与设计

基于PLC的工业温度控制系统方案的研究与设计

摘 要：目前在工业高温加热炉等高温控制领域，大多还是采用了老式的动圈试调节炉温控制，或者采用了简单的单片机系统对温度进行控制，这样的温度控制方案往往在温度控制精度上和实用上难以满足现代化工业系统的要求，本文针对该问题的不足，提出了一种基于PLC的工业温度控制系统的设计方案，并通过实验对系统方案进行测试，结果表明了本系统方案能够得到满意的准确度。

关键词：硬件系统；系统软件；仿真测试

0 引言

温度控制是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业领域，具有举足轻重的作用。对于不同的温度控制场景和系统需求，采用的温度采集元器件、控制CPU和控制方案都有着很大的差异。

目前在工业温度控制领域，大部分还是采用了传统的老旧的动圈式两位指示调节仪（如XCT01），或者一些通过使用单片机控制器作为温度控制处理核心外加继电器和一系列的辅助电路构成的控制电路板。前者由于其控制精度低，温度波动范围大，目前已经基本难以满足现有的控制系统的需求；后者虽然能够执行较高精度的控制算法，但是其设计麻烦并且稳定性差很难应用在对温度控制具有非常高的稳定性和高精度的要求的工业控制场合，更不适合目前以PLC为主导的现代化工业控制系统需求。

针对这些不足，本文提出了一种基于PLC系统的高精度自适应温度控制方案，通过对系统进行分析，构建系统模型，得出了控制系统相关的理论参数，最后给出了实际的仿真结果。

1 硬件系统的设计

在工业控制领域中加热设备多为电炉丝加热器，这样的设备PLC控制器常常是通过大电流固态继电器与设备连接，加热设备的温度通过传感器进行检测形成变化的电流，然后通过放大滤波处理电路进行处理输入到PLC控制器，PLC控制器获得了温度参数后，根据用户输入的控制参数执行控制算法输出对应的控制量实现对加热设备的高精度控制，本系统采用三菱PLC主机采用了晶体管输出型，其型号为Fx2N一MT。而接触器的控制其整个系统的结构如图1所示：

图1 硬件系统方案设计

2 系统软件控制方案

本系统采用的是一种针对PLC改进的PID控制算法方案，其设计程序流程如图2所示，系统在传统的PID算法的基础上增加了卡尔曼滤波，通过卡尔曼

滤波能够有效的增强系统的平滑性，同时能够有效的减少外部干扰，特别是电磁干扰导致的一些脉冲信号输入带来的危害，同时系统增加了记忆存储模块，通过记忆历史的PID控制系统状态，为当前系统PID输出做出决策，这样能够有效的降低不必要的调整时间，从而有效的减少继电器的开合次数，提高继电器的寿命，这在工业应用上具有非常大的实际经济效益和价值。

图2 控制方案程序流程图

3 仿真测试与结论

本系统的仿真实验是通过搭建实际的PLC温控平台，通过PLC控制加热管进行加热，其温度控制区间为室温（23℃）到200℃之间，温度传感器采用PT100，其温度采集范围在-50℃到500℃，滤波放大电路采用专用的中控公司生产的RS9880宽温滤波放大电路，最后通过文本屏输入温度和PID控制参数，在预计算出来的理论参数值不断进行实验调整，最后得出最佳的仿真结果，其结果如图3所示，结果表明，本文提出的温度控制方案，能够有效的改进温度控制效果，其具有极高的控制精度，并且设计的温度控制方案在180℃和60℃进行仿真的时候，其相对于普通的温控系统的智能调节能力更强，其温度波动范围更小。

图3 实验仿真结果

参考文献：

[1]张雪平，王志斌.基于模糊控制的 PLC 在温度控制中的应用[J].电气传动，2005（08）：-55.

[2]秦晴.一种基于IPC+ PLC 温度控制系统的设计与实现[J].东方电气评论，2000（04）：227-232.

[3]叶丹，齐国生，洪强宁等.基于单片机的自适应温度控制系统[J]. 传感器技术，2002（03）：27-30.