基于PLC的热风机温度控制系统.docx

基于?PLC?的热风机温度控制系统* 　未知来源　供稿?2007-11-7?16:07:00 【字体：大?中?小】　 1?引言 热风机是基于热能交换的加热设备。热能交换发生在通过气体或液体燃料的燃烧以加热的 金属表面和与此表面发生接触的流通空气之间。燃料的燃烧是在燃烧室内进行，与空气流隔绝 。空气的流动是通过一个风机设备产生的，热风机有很高的热能效率并且在之前的冷空气与热 空气之间有迅速的对流。此热风机应用于工业环境中，主控制器要有很高的抗干扰能力和稳定 性，选择?PLC?作为主控器。PLC?不仅具有传统控制系统的控制功能,?而且能扩展一些智能模块 并构成不同的控制系统实现温度控制、闭环控制、位置控制等来适应不同的工业控制需要。PLC 以高集成度、高效率、较强的抗干扰能力、组态灵活等优势在现代工业控制中得到广泛的应用 。为此我们使用永宏?PLC?作为控制器,?它具有良好的温度控制?PID?算法、步进电机控制模块， 通过?PLC?的串口通讯与?PC?机连接,?构成人机界面友好、控制功能完善的温度控制系统。 2?系统构成 本系统要求严格控制热风机出风口温度，即冷空气经热交换后达到的温度值，设为?T1；系 统选用热电阻?PT100?监测入风口和出风口温度，出风口温度即为被控温度；选用调功器作为?PL C?控制风机的连接环节，利用?DA?模块输出?4～20mA?信号控制调功器来调节风机转速，这样改变 进入交换室的空气量和空气的热交换时间进而改变出风口温度，形成闭环控制系统，如图?1。 选用热电偶测量燃烧室温度作为故障监测和风机最低转速限制，风机转速过低则空气流动缓慢 ，燃烧室热量积聚时间过长会减少热风机使用寿命，甚至出现危险状况。 永宏(FATEK)的?FBS?系列?PLC?具有良好的温度控制能力和很高的性价比，配有温度专用?PID 控制指令以达到精确控制，它提供了集温度采集和数据处理为一身的智能专用模块，在这个模 块集成了?16?位?A/D?转换器，分辨率达到?0.1℃。该模块能够自动进行线性化处理、冷端补偿， 使用非常方便，仅需要将热电偶接到接线端子并进行程序控制就能对温度进行准确的采集和测 量。模块可以对?J、K、T、E、N、B、R、S?等八种热电偶和白金电阻进行处理，可以同时输入?1 6?路温度数据进行采集。在精度为?0.1℃的时候最快刷新速度为?4s；在精度为?1℃的时候最快刷 新速度为?2s。PLC?利用温度模块将温度采集进来以后，根据内部程序中的温度规划表格将外界 目前的温度值作为控制变量，并将用户设定的温度期望值与程控变量做?PID?运算后得到输出值 来调节可控硅调功器，以达到调节风机转速，并最终控制出风口温度。 图?1?系统框图 3?数字?PID?控制 3.1?PID?控制指令 永宏?PLC?有专门的温度数字?PID?控制指令，如图?2?所示。 图?2?温度?PID?控制指令 该指令的数字?PID?运算公式： Mn=[Kc×En>+∑[Kc×Ki×Ts×En>+[Kc×Td×(PVn-PVn-1)/Ts> 其中： Mn：〝n〞时的控制输出量 Kc：增益（范围：1→9999） Ki：积分常數（为积分时间常数?Ti?的倒数，范围：0～9999） Td：微分时间常數（范围：0～9999） PVn：〝n〞时的控制输出量 PVn-1：〝n-1〞的控制输出量 En：〝n〞时之误差=设定值（SP）-〝n〞时控制输出量（PVn） Ts：PID?运算的间隔时间 增益（Kc）调整越大，对输出贡献越大，可得到较快且灵敏的控制反应。但增益如过大， 会造成振荡现象；尽量调高增益（但以不造成振荡为原则），以增快程序反应并减少稳态误差 。 积分项可用来消除设定值改变所造成之稳态误差，积分常数?Ki?调整越大，对输出贡献越 大，当有稳态误差时，可调高积分常数，以减少稳态误差。积分时间常数=0?时，积分项无作用 。 微分项可用来让控制反应较平顺，不会造成过度超越。微分时间常数（Td）调整越大，对 输出贡献越大，当有过度超越时，可调高微分时间常数，以减少超越量。 3.2?参数整定 参数整定是十分重要的，其好坏直接影响调节品质。其中?PR，IR，DR?是我们要整定的?PID 参数，上述参数设定值不在正确设定范围内时，PID?指令不会执行，设定错误指示“ERR”。其 中?PR?为增益设定值，IR?为积分常数设定，DR?微分常数。永宏?PLC?有默认?PID?参数，如图?4。 参数整定主要是确定?PR，IR，DR?三个参数，这三个特性参数究竟整定到多大取决于具体被控对 象的动态特性，即要根据具体被控对象来确定这三个参数。在实际工程上一般使用临界比例度 法、衰减曲线法、试凑法。临界比例度法不需要求得被控对象的特性，可直接在闭合的系统中 进行整定。在本系统的调试