因为PLC具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点, 成为了当今及今后工业控制领域的主要手段和自动化控制设备.在许多行业的工业控制系统中, 温度控制都是要解决的问题之一.在一些热处理行业, 由于使用简单的温控仪表和温控电路进行控制, 存在控制精度低、超调量大等缺点, 这样就造成了产品质量不高, 能源浪费等问题.
基于PLC在工业控制领域的普及性和温度控制的重要性, 设计了一个基于PLC的智能温度控制系统,具有很广的应用空间.同时, 由于PLC具有自身的一些缺点, 即数据的计算处理和管理能力较弱, 不能提供良好的用户界面, 因此妨碍了对现场温度变化的跟踪与监控, 而计算机可以很好的弥补的这一缺点.用计算机与PLC 组成的主从式实时监控系统, 能够充分发挥各自在工业控制中的优势, 实现分散控制、集中监控等全新功能.本系统采用西门子公司S7-200系列PLC, 通过PLC串口通讯与计算机连接, 监控界面友好, 运行稳定.
1 PLC温度控制系统
在锅炉温度控制系统中, 电加热锅炉是过程控制工业中常用的设备, 其温度控制也是过程控制的一个重点.PLC温度控制系统的结构如图1所示, PLC 通过加热棒及风扇分别控制炉子的加热及降温.计算机则实现目标温度的设定、动态显示、参数的设定等功能, 从而实现实时温度监控.
2 系统构成
信号处理、温度调节等功能.在, 温一个温度控制系统一般具有温度信号采集、PLC的温度控制系统中度信号的采集可以使用常用的温度传感器(热电偶、热电阻).由温度传感器检测来的信号不是标准的电压(电流)信号, 不能直接送给A/D转换模块.因此温度传感器采集到的温度信号要经过变送器的处理后才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号.根据所使用的温度传感器选用对应的温度变送器.S7-200系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块为EM235, EM235为4路模拟量输入, 1路模拟量输出.PLC对温度信号进行处理后, 通过模拟量模块输出电流信号, 电流信号可以通过调压器来控制电源的开度(即一周期内的导通比率), 从而控制电源的输出功率.加热器根据电源输出功率调节加热强度,
3 温度PID控制的实现
对于模拟量信号的控制PID(比例+积分+微分)算法控制.S7-200 系列PLC有专门的PID回路指令, 对模拟量进行PID控制十分方便.PID指令使用的算法:( n SP 为第n个采样时刻的给定值, n为过程变量值, MX 为积分项值)
在实际控制过程中, 无论是给定量还是过程量都是工程实际值, 它们的取值范围都是不相同的.因此在进行PID运算前, 必须将工程实际值标准化.PLC 在对模拟量进行PID运算后, 对输出产生的控制作用是在[0.0,1]范围的标准值, 不能驱动实际的驱动装置, 必须将其转换成工程实际值.
由于电加热炉具有较大的延时性, 所以采输出值, 0.0～1.012 Kc数正数双字, 实数I 回路增益, 正、负常数16 Ts I 采样时间, 单位为s, 正20 Ti I 积分时间常数, 单位为min,24 Td I 微分时间常数, 单位为min, 正数式控制.大致采用三段控制: 第一段, 开始阶段置电源为满开度, 以最大的功率输出克服热惯性; 第二段, 等到温度达到一定值转为PID控制; 第三段, 接近设定点时置电源开度为0, 提供一个保温阶段, 以适应温度的滞后温升.
PID参数的调节是很重要的, 调节方法有很多, 概括起来有两大类：一是理论计算整定法.它主要是依据系统的数学模型, 经过理论计算确定控制器参数.二是工程整定方法, 它主要依赖工程经验, 直接在控制系统的试验中进行, 且方法简单、易于掌握.在工程实际中, 控制系统难以建立起精确的数学模型, 所以一般采用工程整定法.PID参数的工程整定法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法.在这里选用临界比例度法, 整定步骤如下: (1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作; (2)仅加入比例控制环节, 直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡, 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期; (3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数.
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