老化房温度控制与热平衡

山西中北大学机电工程学院　吴俣倩

老化房温度控制与热平衡

山西中北大学机电工程学院吴俣倩

老化房是针对高性能电子产品仿真出一种高温、恶劣环境测试的设备，是提高产品稳定性、可靠性的重要实验设备，是各生产企业提高产品质量和竞争性的重要生产流程。老化房主要包括：空气调节系统、加热系统、测控系统、控制系统。以 PLC为控制单元，结合温度传感器和显示单元等，实现老化房的温度控制。使用温度传感变送器获得温度的感应电流，送到 PLC的扩展模块 EM235，将电流信号转变成 PLC可以识别的数字信号，将系统反馈回来的温度值和实际需要的温度值进行比较，并经过 PID运算处理，来实现老化房的温度控制与热平衡。

温度控制；热平衡；PLC；软件设计；控制算法

引言

目前，国内外关于老化房温度控制与热平衡技术发展地比较成熟，大多数采用PTC加热器、PID温度调节、PLC控制等，但随着PLC、工业网络及监控组态软件的迅速发展，基于PLC控制温度的技术优势越趋明显。

1　系统总体设计

1.1方案设计

老化房温度控制与热平衡主要需要完成对温度的采集及设定工作，从而完成对温度的控制。本方案采用PT100铂电阻传感器当做温度测量单元，外部温度经PT100以电流信号传给PLC扩展模块EM235后被转化成数字信号，传给PLC进行处理，变成实际的温度值，然后进行PID双闭环串级控制运算，根据PID的输出值来控制调功器的输出电功率以控制老化房的温度加热器，实现对老化房的温度控制。

1.2控制系统的设定

（1）能够实时采集与现实老化房的温度；

（2）通过警示灯和声音进行报警；

（3）可以对温度进行设定，从而满足不同温度的需求。

1.3控制系统的组成

本设计以PLC为控制单元，硬件系统包括：PLC、EM235扩展模块、PT100铂电阻、加热单元、声光报警。硬件系统原理图如图1所示。

图1　硬件系统原理图

1.4硬件设计

本温度控制系统采用德国西门子S7-200PLC，S7-200CPU的 选 择CPU226，模拟量输入/输出模块选择西门子的EM235，热电式传感器选择PT100铂热电阻传感器。老化房温度控制与热平衡设计电气接线图如图2所示。

图2　系统硬件电气接线

2　PLC控制系统的软件设计

2.1程序设计思路

S7-200CNCPU必须配合STEP7-Micro/WIN V4.0 SP3或以上版使用。PLC运行时通过特殊继电器SM0.0产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值、PID参数值等存入数据寄存器，系统随时开始温度采样，采样周期设为17秒，TT1（PT100温度传感器）将采集到的出口温度信号转化为电流信号，电流信号再通过AIW0进入PLC，作为主回路的反馈值，经过主控制器（PID0）的PID运算产生输出信号，作为副回路的给定值。从而控制热电阻的电流，完成对温度的控制。

2.2用 PID指令向导生成 PID程序

（1）进入PID配置向导，设置温度范围及PID控制参数，控制参数可以使用默认值。

（2）设置回路输入/输出选项，指定回路的过程变量（pv）使用单极性标定；设置过程变量（pv）的标定范围为 0～32000。

（3）设置输出类型为数字量输出，占空比周期为1秒。

（4）设置回路的报警选项。

（5）为配置分配存储区。

选择一个未使用的V存储区来存放模块的配置信息，可以点击“建议地址”按钮，让系统来选定一个合适的存储区。这里PID回路存储区的首地址为VB400。

（6）指定子程序和中断程序。为向导子程序和中断程序命名。

（7）生成PID代码完成配置。

（8）指令树显示栏出现PID调用子程序。

（9）PIDx_INIT指令。

PIDx_INIT指令根据在PID向导中设置的输入和输出执行PID功能。每次扫描均调用该指令。

PIDx_INIT指令的输入和输出取决于在PID向导中所做的选择。我们选择“增加PID手动控制”。

图3　PIDx_INIT指令使用

（11）PID回路表

图4　PID回路表

2.3通过文本显示向导配置 TD200C显示屏

（1）进入文本显示配置向导，选择TD型号和版本，这里选择TD200C第一版。

（2）使能标准菜单“TOD、强制、存储卡编程、改变PLC工作模式、编辑PLC存储区”选项全部启用，更新速率选择尽可能快。

（3）配置本地化显示。

（4）配置键盘按键。

（5）基本配置完成进入用户菜单配置，定义用户菜单和文字输入要在屏幕上显示的文本，为“PID温度监测”添加屏幕，指定数据地址为VD1000，实数，小数点后一位。

（6）按照上面的方法为菜单“PID参数设定”添加三个屏幕（用于设定比例增益系数Kc：数据地址为VD412，浮点数小数点后两位，允许用户编辑，用于设定积分时间常数Ti：数据地址为VD420浮点数小数点后两位，允许用户编辑。用于设定积分时间常数Td：数据地址为VD424浮点数小数点后两位，允许用户编辑）。

（7）为菜单“PID目标温度设定”添加一个屏幕0，设定PID温度控制系统的目标温度（数据地址为VD2000实数小数点后一位，允许用户编辑）。

2.4程序编辑

主程序完成对系统的启动和停止控制，并实现对其他子程序的有效调用任务。主程序的梯形图如图5所示。

图5　主程序的梯形图

3　总结

本设计基于PLC来实现老化房的温度控制与热平衡，达到温度实时显示与控制。该系统克服了传统的PTC加热器和PID调节器调节精度不高的缺点，充分发挥了PLC控制灵活、编程方便、适用性强、实时显示并能实现远程监控的优点，提高了控制的精确性。

［1］商高平，马伯渊.PRoFIBus一DP现场总线在反渗透水处理中的应用［J］.微计算机信息，2006，2-1：56-58.

［2］荆涛.染整设备机电一体化［M］.北京：中国纺织出版社，1997，P120-P250.

［3］SxEMENS.SIMATIC57一200可编程序控制器系统手册.2000版.

吴俣倩，1989年出生，河北省辛集市人，硕士，研究方向：结构设计。