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基于PID的温度控制的设计系统-
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论文题目:温度PID控制
1.1【摘要 】
随着现代工业的逐步发展,在工业生产中,温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中,温度是一个非常重要的过程变量。例如:在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域,都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。
随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的,通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点,而且可以大幅度提高被测温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此,PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。
1.2【关键词】 PLC;编程语言;温度
1)温度的检测;
2)采用PLC进行恒温控制; 3)PID算法在PLC中如何实现; 4)PID参数对系统控制性能的影响;
2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计
2.1系统控制要求 本PLC温度控制系统的具体指标要求是:对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃,温度控制精度小于3℃,系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话,考虑到本系统控制对象为电炉,是一个大延迟环节,且温度调节范围较宽,所以本系统对过渡过程时间不予要求。
2.2系统设计思路
根据系统具体指标要求,可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。
系统硬件框图结构如图所示: 给定温度
CPU运算处理
S7-200PLC 温 度 变送器
温 度 传感器
SSR 加热器
炉子
图2.1系统硬件框图
被控对象为炉内温度,温度传感器检测炉内的温度信号,经温度变送器将温度值转换成0~10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差,经PID运算后,发出控制信号,经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压,从而实现炉温的连续控制。
2.3系统的硬件配置
2.3.1 S7-200PLC选型
S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器,它能够满足多种自动化控制的需求,其设计紧凑,价格低廉,并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能,可代替继电器在简单的控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能,在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2]
S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。
S7-200 主要功能模块介绍: (1CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU 模块为CPU22*,它具有如下五种不同的结构配置CPU 单元:①CPU221 它有 6 输入/4 输出,I/0 共计 10 点.无扩展能力,程序和数据存 储容量较小,有一定的高速计数处理能力,非常适合于少点数的控制系统。②CPU222 它有8 输入/6 输出,I/0 共计 14 点,和 CPU 221 相比,它可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展,因此是应用更广泛的全功能控制器。③CPU224 它有 14 输入/10 输出,I/0 共计 24 点,和前两者相比,存储容量 扩大了一倍,它可以有 7 个扩展模块,有内置时钟,它有更强的模拟量和高速计数的处理能力,是使用得最多 S7-200 产品。④CPU226 它有 24 输入/16 输出,I/0 共计 40 点,和 CPU224 相比,增加了 通信口的数量,