对温度控制系统的研究设计采用PLC技术的进步外文翻译资料

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

对温度控制系统的研究设计采用PLC技术的进步

朗学东

云南大学生命科学学院,昆明,云南650091年,中国。

文摘：本文提出了基于PLC和PID混合温度控制技术。采用PLC梯形图编程语言编程,从而实现温度的自动控制。本文改进了快速响应、稳定性、可靠性、控制严谨,提供对工业控制有现实意义。

关键词:温度控制、PLC、PID、梯形图编程语言

1、介绍

温度控制应用领域非常广泛,可作为大工业生产、航空航天、小到我们的日常生活中。目前,大部分的温度控制系统是利用计算机控制技术与微处理器为核心,提高设备的自动化程度和控制的准确性。公司得到快速发展是在1980年代到1990年代中期。在此期间,公司有了很大提高,拥有足够的能力来处理模拟和数字计算,数学操作能力和人机界面功能等。PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用程序中,它取代了DCS系统在过程控制领域的主导地位。PLC具有使用范围广,易于使用的特性,可靠性高,抗干扰能力强并且编程简单的优点。

PID控制是目前为止最常见的控制方法。由于其可靠性高、简单和算法具有鲁棒性,它可以广泛应用于过程控制,特别是对建立的确定性系统精确的数学模型。PID控制效果完全取决于四个参数,即采样周期Ts、比例系数Kp,积分系数K1和微分系数Kd。因此,PID参数的设置和优化在自动控制领域的研究是两个重要的主题。PID在工业过程控制应用中几乎有一百年的历史,在此期间,尽管许多控制算法的出现,由于长期使用的PID算法和其独有的特点,再加上人们积累财富广泛用于工业控制的经验。所以在PID算法中,关键问题在于P,I,D三个参数的设置和优化。

随着科学技术的不断发展,人们有对于温度控制系统有越来越高的要求, ,温度控制系统,具有高度精确、智能和人性化是国内外发展的必然趋势。随着改革开放的开始，我国开始引进、应用程序开发和生产的可编程控制器。最初,PLC广泛应用于进口设备，后来更广泛的应用于各种生产设备和产品的企业。目前,中国能够生产小型和中型可编程控制器。可以预计,随着中国现代化进程的深入,PLC在中国将有一个更广泛的应用前景。

PLC技术应用于温度监测系统:分析和研究了控制系统的硬件配置,方案设计,编程,建立控制对象的数学模型,控制算法选择和参数设置,人机界面的设计等。基于三菱FX系列PLC控制器、温度传感器将检测到的实际的烤箱温度转换为电压信号。通过模拟输入模块将数字信号转换为PLC的PID调节。PID控制器的输出转换为高和低信号输入控制,控制零触发板按照一定的工作周期传导。它控制热电阻丝的两端通电时间, 实现闭环温度控制。

2、PLC控制系统的硬件组合

PLC是一种工业控制计算机,使用可编程的内存来存储指令和执行逻辑,顺序、时间、计数、和计算功能,并通过数字或模拟的输入和输出,来控制工厂机械或生产过程。由于控制技术的迅速发展,微处理器、计算机和数字通信技术,计算机控制已广泛应用于所有的工业领域。现代社会要求行业能够快速响应市场需求，生产满足大型化、多重标准、低成本和高质量的产品。可编程控制器是应对这种需求产生的。基于微处理器,它是一个通用工业控制装置。编程控制器不仅能实现逻辑控制各种设定的程序,它也有自由编程,自动诊断,多才多艺,体积小,可靠性高等优点。因此,可编程控制器是逐步取代继电器-接触器控制系统。可编程控制器的组成包括: CPU模块、I / O模块、内存模块、电源模块、底板等。

1. CPU

CPU是PLC的核心。它需要对PLC的系统程序接收并存储用户程序和数据,收集状态或数据发送的现场扫描方式输入设备并将它们存储在一个预先设定的登记表上。同时,诊断电源和工作状态,PLC内部电路和编程过程中语法错误也存储在那里。CPU主要由操作员、控制器、寄存器和数据之间产生联系。一个CPU单元还包括一个芯片,外围总线接口和相关的电路。RAM主要用于存储程序和数据,这是一个必不可少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,确定PLC的操作速度,IO数量和软件能力,从而能够控制系统控制规模。

2、I / O模块

PLC的接口电路分为输入和输出(I / O)，I / O模块集成PLC的I / O电路。其输入寄存器的状态反映了输入信号和输出点反映了输出锁状态。输入模块将电信号转换成数字信号进入PLC系统;输出模块是相反的。I / O分为开关输入(DI),切换输出(DO),模拟输入(AI),模拟输出(AO)模块。常见的I / O分类如下:开关:除以电压水平,包括220伏,110伏,24 vdc,除以隔离方式,包括隔离继电器和晶体管隔离。模拟:除以信号的类型,包括电流型(4-20mA 0-20mA),电压型(0-10V,0-5V 10-10v),等等。;除以精度,包括12位,14位,16位。除了上述通用IO,存在特殊的I / O模块,如热敏电阻、热电偶、脉冲模块等。根据I / O模块规格数量确定数量，I / O模块数量是可以改变的。

3、编程

程序员的作用是用于输入、编辑、调试和监控程序。程序员通常分为两种类型即简单与聪明的类型。简单的编程只有通过在线编程,经常需要将梯形图转换成机器语言记忆术才可以输入。但是,聪明的编程(也称为图形程序员)不仅可以实现连接的编程,但也可以进行离线编程，功能强大还很容易操作。

4、电力供应

PLC电源用于提供电源集成电路的每个模块。与此同时,它还提供了输入电路与24 v电源。类型的电源输入包括:AC(220伏交流),直流电源(24伏直流电)。

可编程控制器的工作原理:

PLC的工作模式是顺序循环扫描。每次扫描时间称为扫描周期或工作周期。从第一步开始,CPU执行用户的项目一个接一个,直到用户程序完成后,然后它返回第一个指令开始新一轮的扫描。PLC重复上述循环扫描等方式。

总体流程PLC的工作如图所示：

3、PLC控制系统的硬件设计

从系统设计的角度架构和硬件设计,本文描述了PLC控制系统的设计过程,PLC硬件配置、外部电路设计和PLC控制器的设计和参数设置。在应用程序设计的PLC系统中,PLC应用系统最初的设计,即根据控制对象的功能和过程的要求,确定系统的工作要做和所需要的条件。然后分析PLC应用系统的功能,即通过对系统功能的分析,提供了PLC控制系统的结构形式,控制信号的类型,数量,系统规模、布局。最后根据结论基于系统分析的结果,确定模型的特定的配置和系统的PLC。PLC控制系统的设计,可以遵循以下步骤:

1、熟悉控制对象,开发控制程序,控制对象的分析流程和工作特点,了解被控对象的合作与机,电,液,以确定控制对象的控制要求的PLC控制系统。

2、确定I / O设备根据系统的控制要求,确定用户输入(如按钮、行程开关、选择器开关,等等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号灯等),从而确定了PLC的I / O点。

3、选择PLC选择包括PLC类型、容量、I / O模块,电源的选择。

4、PLC的I / O地址分配和生成现场需要根据设备生产,确定控制按钮,选择模型、规范和数量的开关、接触器、电磁阀、信号灯和各种输入和输出设备,根据PLC的选择模型,列出了输入/输出设备和PLC输入输出终端控制表,这样可以得到PLC外部I / O连接图和程序。

5、设计软件和硬件进行PLC程序设计,进行硬件设计和现场施工控制柜(表)。同时可以执行程序和硬件设计,PLC控制系统可以大大缩短设计周期和中继系统,一个施工前必须先设计电气控制电路设计。

6、在线调试。在线调试是指统一的在线调整的程序,通过模拟调试。PLC控制系统设计步骤可以参考图2:

3.2 PLC选型和硬件配置

PLC的选择和配置PLC可分为:程序员选择、I / O模块切换选择,编程和外部设备的选择和选择通信功能。

3.2.1 PLC选型

温度控制系统采用日本三菱FX2N PLC。FX2N是一种小型可编程控制器,适用于各行各业,各种场合的检测、监测和自动化控制。FX2N系列以其强大的功能可以独立运作,或连接到一个网络实现复杂的控制功能。因此,FX2N系列拥有高性价比。FX2N系列是指小三菱PLC,充分发挥其强大的配电自动化系统。使用覆盖范围从一个简单的替代继电器到控制更复杂的自动化控制。FX系列PLC单元类型是指包含CPU、电源和固定的输入/输出。系列PLC的最大输入和输出点2048点。F系列程序控制器的最大输入和输出点256点。

3.2.2电热控制器

电加热控制器是由触发电路和可控硅组成的。可控硅(有时也称为一个晶闸管)及其触发控制电路用于面板装配电源调整单元装载能力。可控硅, 在电子设备领域扮演着一个重要的角色，已广泛应用于各种类型的生产部门，在设备自动化、高效的设备上已经不可或缺。使用最新的可控硅温度控制已经越来越流行了。晶闸管有两个触发模式,即移相触发和零触发。有电接触之间的共同触发电路和主电路,使常见的触发电路易受电网电压波动的影响和电力波形失真。此外,为了解决同步问题,电路往往更加复杂。由摩托罗拉提供的MOC3061设备良好的解决这些问题。光电双向可控硅MOC3061系列的可控硅驱动是一种新型的光耦合器的装置,可用于控制交流高电压和大电流通过直接低电压、低电流。这个设备的应用程序触发可控硅等优势拥有低廉的价格,和简单而可靠的触发电路。接下来我们需要说明MOC3061这个设备的工作原理和应用程序。MOC3061的内部结构和主要性能参数:MOC3061的内部结构和引脚配置如图3 - 4所示,是双列直插式封装的方式。MOC3061的引线结构如下图所示:

晶闸管是相对理想的交换开关设备。本设计采用双向晶闸管(可控硅)控制。PLC的控制终端输出的脉宽调制信号对MOC3061进行控制信号终端。输出终端连接到可控硅控制电极,这使得它可以直接控制晶闸管导通时间,从而控制加热的平均功率。MOC3061与零触发和光电耦合器是用来防止电气干扰,吸收峰干扰信号等。可控硅的平行RC缓冲电路容易突然变化的电压电容C和它可以吸收产生的反向电压峰值可控硅支流。控制电路可以显示如下:

我们可以按照以下公式计算:

R1(VCC VF)/ 式中:VF是红外发光二极管的正向电压

可以把值从1.2 v变为1.4 v, IFT是引发当前红外发光二极管。如果工作温度低于25°C,界面张力的价值应适当增加。R2是双向可控硅电阻器。可控硅敏感性相对高的,阻力也很高。R2的并联可以改善干扰阻力，限流电阻R3触发双向可控硅晶闸管,由电压决定允许重复电流峰值触发器的输出终端。

3.3系统整体设计方案和电气线路图

这个系统的控制对象是1千瓦电加热管,加热温度的控制参数。PLC控制的模拟输出的输出功率调节器;电热控制器控制电加热管的开关。PLC的控制对象是单相加热管和PLC的控制参数是加热温度。温度是由温度检测模块。检测到的温度将被转换为4 ~ 20 ma的模拟量,然后被发送到PLC的模拟输入通道。根据给定的值和dF和检测温度价值之间的比较,PLC的模拟输出通道将控制信号发送到晶闸管功率调节器,以达到控制温度的目的。温度控制系统的基本结构由一个加热丝、温度检测模块、PLC主系统、触发模块,晶闸管。PLC是温度控制的核心部分。电热丝的温度信号通过检测模块将信号采集处理电路和A / D,然后将模拟电压信号转换为数字。然后PLC将处理给定的温度和温度检测系统。通过零触发模块,控制加热电阻丝的通电时间,实现温度的闭环控制。系统的总体设计如下:

系统硬件连接显示为:

3.4 PLC控制器设计

3.4.1 PID控制的参数设置

PID控制器由单位(P),比例积分单元(I)、微分单元(D),其数学表达式如下

(1)Kc比例系数对系统性能的影响:

增加的比例系数,系统的行动变得灵敏,更快降低稳态误差。越来越多的振荡和较长的调整时间，Kc是相对较大的。如果Kc太大,系统会不稳定。如果Kc太小,系统将变得运动缓慢。

(2)积分控制钛对系统性能的影响:积分作用破坏了系统的稳定性。TI(强积分作用)较小会导致系统不稳定。但它可以消除稳态误差,提高系统的控制精度。

(3)微分控制TD对系统性能的影响:微分动作可以改善动态特性。当TD变得相对较大,它拥有大量的过度和较短的调整时间。当TD变得相对较小,它也有大的超调,需要长时间调整。TD可以适当的减少过度和调整时间。

PID FX2N系列的集成软件使用位置PID控制算法和PID控制算法离散周期使用以下公式:

u(k)Kpe(k)K1e(i)KD[e(k)e(k1)]

因此,我们可以得到增量公式后常见的转换：

MV K{(EVnEVn1 EVnDn)}

而：EV n  (PV nf  SV ) T

Dn  {u(2PVnf 1lt;

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[31131]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word