基于PLC的温度控制系统设计探析

徐小童

（西南石油大学，610500）

基于PLC的温度控制系统设计探析

徐小童

（西南石油大学，610500）

实际生产中，温度控制具有惯性大、滞后性严重、时变性质突出等特点，对其进行精确的控制具有较大难度。如何将PLC与温度控制系统进行有效的结合，是现阶段研究的重点和热点。

PLC；温度控制；模糊控制；设计探析

0　前言

在当今社会中，科学研究工作和人民生产生活中，温度控制占据了越来越重要的地位，发挥着极为重要的作用，诸如食品生产、建材生产、冶金化工、机械及石油化工领域，温度控制是其中必不可少的一个环节。随着科技的发展和生产生活对温度控制的要求提高，电子和计算机技术大量应用到温度控制领域。PLC技术也从简单的逻辑控制发展到计算能力强、响应速度快、抗干扰能力强的综合温度控制系统。本文从基于温度控制系统的基本原理，从PLC在温度控制中的实际运用入手，探究了基于PLC的温度控制系统。

1　基于PLC的温度控制系统硬件设计要求

1.1系统硬件设计

温度控制系统的硬件组成示意图如下所示，其中PLC作为整个温度控制系统的核心，主要负责处理温度传感器采集到的温度信息，A/D模块的主要作用是将采集的信息处理为PLC可以处理的数据类型，PLC将采集的温度信息与系统设定值进行比对，通过误差运算，对外驱动温度调节系统，最终实现温度的闭环控制和调节。

基于PLC的温度控制系统对于各部分硬件设备的选择有特殊的要求。作为整个系统的核心配件，PLC应从以下几个方面进行选择：PLC机型、理论容量、电源模块性能和联网及通信性能等。温度传感器是准确采集信息的关键部件，对于温度控制系统的调控具有直接影响，推荐使用铂电阻传感器，铂电阻传感器具有测量精度高、性能稳定等突出优势。模拟输出输入模块的选择主要需要考虑的是整个系统的交互性和数据在传输过程中的稳定性。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等传来的数字信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电动机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。CPU模块内部的工作电压一般是DC SV，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，从外部引入的尖刻电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

温度控制系统院里接线示意图

1.2基于PLC的温度控制系统技术优势

综合以上温度控制系统的设计中的PLC，可以分析得出，PLC主要具有以下几大技术优势。（1）功能强，性能价格比高：一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。（2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，使用能灵活方便地进行系统配置。（3）可靠性高，抗干扰能力强：PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上。

2　系统软件设计要求

2.1温度控制技术的选择。恒温温度控制系统通常分为以下三种：定值开关控制法、PID控制和只能温控技术。本系统中由于选用了FX2N-48MR可控编程控制开关，由于本身具有PID指令，故而至于要进行简单的参数设计就可以使用，通过与温度开关控制方法的对比，精度明显提升，综合分析选用PID控制方法。其中温度控制系统院里接线示意图如下。

2.2内存地址及继电器分配。分析研究了基于PLC的温度控制系统中内存地址及继电器分配原理，制订了如下额分配表。

内存地址及继电器分配表

2.3PID参数设计研究。PID控制中的参数选择主要有以下三种模式：（1）被控对象数学模型已经了解的情况下，采用推导函数分析开环传递方式，通过对反应时间、稳定性、相角裕量、幅值裕量的计算，最终得出动态特性较好的温度控制系统。（2）在数学模型不明确的条件下，使用模型识别方法，在对控制对象模式识别的基础上，应用PID参数设计。（3）最后在一种方法通过对三参数的不断修正，实验得到最优的系统控制PID参数。本文采用的事西门子公司设计生产的PLC设备，设备中配备了多种特殊功能模块和扩展模块。具有可靠性高、抗干扰能力强、灵活配制、高性价比等优势，更重要的是人机交互界面简单易学，并可搭载Windows操作系统，系统的兼容性进一步提升。

3　控制器设计

3.1模糊控制器。通过大量的调研与分析，反馈温度与设定值的差值，定义为系统输入量，系统的输出变量只有一个，就是对温度控制元器件的功率调节。对于模糊控制元器件，如果仅仅使用误差作为温度控制的输入变量，是远远不够的，再次使用误差和误差的变化率作为系统的输入变量，阀门开度作为系统的输出变量。

3.2模糊论域。通常情况下，模糊论域可划分为以下几个档位，分别是负（大负、中负、小负）、零和正（大正、中正、小正），因此，上述七个变量就可以实现对温度的较精确控制。如果对温度控制要求非常细致，可在上述基础上进行细分。在选择多档位进行调控时，规则的制定是比较灵活的，但是相应的编程难度上升，变得更为复杂，导致内存容量占用过多，应当引起足够的重视。

3.3控制规则和模糊控制表。在进行PLC的模糊控制设计中，模糊控制规则和提取的方法是非常重要的，其设计的质量对温度控制系统的运行有着举足轻重的作用。在本文的研究中，主要采用的是依据专家经验发进行模糊控制规则的制定。主要设计了49调模糊控制规则。最终，通过隶属度函数和规则表，运用Mamdam推理方法，相应的制定出以下的模糊控制表。

控制查询表

4　结语

温度控制是当今社会生产生活中一项重要的控制技术，通过PLC技术，能够进一步的提升温度控制系统的控制精度和可操作性。本文通过对PLC温度控制系统硬件和软件设计要求分析的基础上，集合模糊控制理论的最新研究成果，将控制器设计运用到温度控制系统中，对于提升整个温度控制系统的稳定性和控制精度具有重要意义。

［1］ 张文明.基于 PLC 的温度控制系统的设计［J］.安徽农业科学，2011，39（29）： 18258-18261.

［2］ 李国萍.基于 PLC 的温度控制系统设计［J］.科技创新导报，2010 （7）： 86-86.

徐小童（1994.03.14--）；性别：女，籍贯：新疆克拉玛依市，学历：本科，毕业于西南石油大学；

Design of temperature control system based on PLC

Xu Xiaotong
（Southwest Petroleum University，610500）

The actual production， the temperature control with a large inertia，the lag is serious，timevarying nature of the outstanding characteristics such as its precise control have greater difficulty.How PLC and temperature control system for effective binding，at this stage the focus of research and hotspots.

PLC；temperature control；fuzzy control；Design