基于PLC的智能温度控制系统设计.pdf
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1、第 16 期2023 年 8 月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.16August,2023作者简介:丁艳玲(1978),女,吉林榆树人,工程师,硕士研究生;研究方向:电气自动化技术。基于 PLC 的智能温度控制系统设计丁艳玲(南京机电职业技术学院,江苏 南京 211135)摘要:在工业自动化生产线中,对温度控制的要求不断增加。智能化、数字化的温度控制系统是今后的发展趋势。文章以西门子 PLC 为核心,通过温度传感器信号采集,转换器传送给 PLC,通过现场采集温度与设定温度的误差对比,经过 PID 模拟量整定及程序处理后,启用相应的制热或散热系统,构建自
2、动闭环运行的温度系统,系统应用在生产线锅炉温度的自动控制,可以改善现场工作环境,提高设备使用寿命。关键词:PLC;温度传感器;PID中图分类号:TP332 文献标志码:A0 引言 随着现代科学技术的迅猛发展,工业现场对温度控制系统的要求不断提高。智能化、数字化、人性化的温度控制系统是以后的发展趋势。智能控制系统技术日益更新,温湿度测控领域也在快速发展。在数字技术的创新引领下,温湿度系统测控芯片也不断更新,被广泛应用于工业和农业等领域。智能温湿度控制系统以 PLC 或者单片机为核心,通过现场采集温度与设定温度的误差对比,经过系统误差校正,启用相应的制热或散热系统,进而实现温湿度的恒定调节,改善工
3、业现场工作环境,提高设备使用寿命。1 系统整体分析1.1 设计思路 随着微电子技术的快速发展,在自动控制理论和方法发展的引领下,温度测控领域快速发展。我国温度控制系统在数字化、自适应和参数自整定等方面已经取得一定成果,根据工业现场自动控制的需求,设计性能良好的温度控制器及相关仪器仪表,被广泛应用于工业和农业等领域。硬件控制系统中,目前温度控制系统比较成熟产品主要以温控模块及传统 PID 控制器为主,其适应性有一定局限,较难用于控制存在滞后、比较复杂和时间变化的温度系统。因此,智能化、数字化、人性化的温度控制系统是今后市场的发展趋势。1.2 技术说明 现代工业生产要根据市场需求做出快速反应,生产
4、小批量、多规格、成本低和质量高的产品,为了满足不同的生产需求,自动化生产线的控制系统要具有相当高的可靠性和灵活性。本文以西门子 PLC 为核心,通过温度传感器进行信号采集,PLC 模拟量参数调整实现生产线锅炉温度的自动控制。为实现智能化控制,温度实时显示根据需求调整,本系统开发的监控软件是性能稳定的工业自动控制系统,既可以使用灵活的组态方式,又具有适应性强、开放性好、界面友好、成本低等优点。2 系统硬件设计 PLC 是控制系统的核心,具有发送接收指令、数据存储和模拟量处理等功能1。本设计以西门子PLC 控制器为核心,使用西门子 CPU226。该 PLC 使用 24 V 电源供电,硬件具有 24
5、/16 数字量输入输出通道,共有 40 个数字量输入输出通道;该 CPU 具有26 K 存储空间,6 个独立的可灵活使用的高速计数器和 2 路独立的20 kHz 高速脉冲输出;CPU 还具有 PID参数控制功能,可供使用者灵活应用。温度控制系统硬件由温度传感器、温度控制模块、加热管、运行指示灯组成。根据 PLC 主机输入输出分配,绘制 PLC 控制系统外部接线,如图 1 所示。图 1 PLC 外部接线22第 16 期2023 年 8 月无线互联科技智能控制No.16August,2023在 PLC 扩展模块中,EM235 是最常用的模拟量扩展模块,可以实现 4 路模拟量输入和 1 路模拟量输出
6、功能。模块采用标准电压和标准电流信号,变送器与模拟量模块之间通过三线制接线2。通过 EM235硬件组态参数设置,将变送器主回路交流电流转换成按线性比例输出电流信号控制系统的核心,具有发送接收指令等功能,输出为直流 420 mA 标准电流信号,根据系统控制要求连接到电脑或外部设备。通过分辨率参数计算,本设计输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。本设计使用 EM235 温度检测和控制模块,将检测到的温度值进行转换,转换模块将 010 V 模拟信号转化为占空比,控制加热系统进行锅炉加热。系统输出的模拟信号也是 010 V,对应温度变化为 60100。由于加热需要,锅炉外接 24 V 直流电源,根据温
7、度检测数据结果判断是否启用加热电源。输入输出地址分配如表 1 所示。表 1 温控系统 I/O 分配输入信号输出信号I0.0启动按钮Q0.1启动指示灯Q0.3正常运行指示灯Q0.5锅炉加热指示灯I0.1停止按钮Q0.2停止指示灯Q0.4温度报警指示灯3 系统软件设计 在 PID 控制中,P 比例控制是一种比较简单的控制方式。比例控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其使用特点是具有快速响应,控制及时,缺点是很难消除余差。I 是积分控制,该控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制和比例控制相比优点是可以消除余差,缺点是滞后,不能快速对输入误差进行有效的抑制。微分控制优于前两种控制方法,
8、其输出与输入误差信号的变化率成正比关系,在一定程度上减小误差。微分控制具有超前预判功能,能根据反馈结果预测误差变化的趋势。该控制可以避免较大误差出现,但不能消除误差。综合上述,在控制系统中控制器要合理使用。西门子 S7-200 系列 PLC 软件使用的 PID 回路指令格式。该指令 EN 端为驱动条件,当 EN 端口执行条件满足,就可进行 PID 运算。该指令有两个操作数 TBL 和 LOOP。TBL 端是回路表的起始数据地址,本文采用的是 VB100。根据指令使用说明,一个 PID回路需使用 32 个字节空间,地址范围是 VB100 VB131。LOOP 端是回路号,本文使用 4,可以是 0
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