摘 要：在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID溫度控制已經(jīng)廣泛使用， 相比傳統(tǒng)PID溫度控制，串級(jí)PID溫度控制的可控制性、高精度性以及可切換性更能讓工藝更上一層。本次以汽車涂裝生產(chǎn)車間閃干烘干爐溫度控制為背景，采用日本山武SDC45溫度控制表與三菱PLC相結(jié)合的自動(dòng)控制爐內(nèi)工藝要求溫度，根據(jù)工藝變化要求可以選擇送風(fēng)、回風(fēng)及串級(jí)PID溫度控制相切換的控制理念，取得良好的溫度控制效果，為提高噴涂工藝質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PID溫度控制；可控制性；高精度性；串級(jí)PID溫度控制；山武SDC45溫度控制表

前言

在當(dāng)前的工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID溫度控制已經(jīng)廣泛使用，屬于傳統(tǒng)溫度控制，為達(dá)到更好的控制效果及更穩(wěn)定的溫度曲線，現(xiàn)在串級(jí)PID控制逐漸發(fā)展起來(lái)。采用現(xiàn)有的帶有串級(jí)溫度控制的溫度控制器與流行的PLC相結(jié)合，使項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計(jì)硬件相對(duì)簡(jiǎn)單化；采用溫度控制器與PLC的總線式通信使軟件設(shè)計(jì)也相對(duì)系統(tǒng)化，可讀性增強(qiáng)；采用人機(jī)界面的參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)顯示統(tǒng)計(jì)功能更使得直觀性，可操控性增強(qiáng)。在實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制的同時(shí)可以保證設(shè)備的維護(hù)簡(jiǎn)單，操作方便，數(shù)據(jù)記錄齊全等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的硬件組成

1.1 人機(jī)界面

人機(jī)界面（可編程序終端及操作顯示面板）是工廠維護(hù)人員直接的操作對(duì)象及數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)的設(shè)備。此次采用三菱的GT16系列人機(jī)觸摸屏，顏色及分辨率都可以給人以視覺(jué)上的享受。

1.2 PLC系統(tǒng)

PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制器，采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)區(qū)域的溫度信號(hào)，及風(fēng)閥限位開關(guān)的開閉信號(hào)控制相應(yīng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且與溫控器通信實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面上對(duì)溫控器的設(shè)定值SP，PID參數(shù)等的設(shè)定及傳送。此次采用三菱的Q系列PLC及其相對(duì)應(yīng)的與上位機(jī)通信用的同軸電纜通信模塊，與遠(yuǎn)程I/O通信的CC-LINK模塊，與溫控器組網(wǎng)通信用的串口模塊，及各類數(shù)字I/O輸入輸出模塊和溫度采集用的模擬量輸入模塊。

1.3 串級(jí)溫度控制器

串級(jí)溫度控制器是此次項(xiàng)目的重點(diǎn)，它是整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的核心，以其自身的串級(jí)控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)串級(jí)溫度控制。此次采用了山武的SDC45系列溫度控制器，其操作方便直觀，并可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置及PID參數(shù)的整定，大大縮短了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。

1.4 溫度控制器中繼系統(tǒng)

溫度控制器中繼系統(tǒng)采用山武的CMC15，其可以把PLC過(guò)來(lái)的422，232通信轉(zhuǎn)換為溫度控制表的RS485通信，從而可以使所有溫度控制器采用總線式接線和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其可以通過(guò)軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，方便使用。

1.5 溫度傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

此次項(xiàng)目控制溫度不高，溫度傳感器采用了PT100電阻式溫度傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用山武的EMC3000系列電動(dòng)比例閥控制燃燒器的燃?xì)饧翱諝饬窟M(jìn)而實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的溫度控制。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

此次系統(tǒng)根據(jù)客戶的不同工藝的控制要求，需要進(jìn)行送風(fēng)溫度控制，回風(fēng)溫度控制以及串級(jí)溫度控制的相應(yīng)切換來(lái)滿足不同的設(shè)備工藝。此三種溫度控制均由一個(gè)串級(jí)溫度控制器SDC45來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中的三種控制通過(guò)人機(jī)界面的按鈕進(jìn)行切換，切換的同時(shí)自動(dòng)更改溫度控制的SP設(shè)定值及相應(yīng)PID參數(shù)來(lái)滿足相應(yīng)的溫度控制要求。

2.1 系統(tǒng)組成圖

如圖1，簡(jiǎn)單表示出整理系統(tǒng)的構(gòu)成。通過(guò)串級(jí)控制器采樣檢測(cè)溫度控制比例閥動(dòng)作控制相應(yīng)溫度，通過(guò)溫度中繼控制器把PLC過(guò)來(lái)的人機(jī)界面設(shè)定值及PID參數(shù)等送給串級(jí)溫度控制器。

圖1

2.2 溫度控制系統(tǒng)圖

圖2

如圖2，可以看出在串級(jí)溫度控制器中有兩PID組循環(huán)組，通過(guò)內(nèi)部開關(guān)的開斷組合可以實(shí)現(xiàn)兩組PID循環(huán)組的單獨(dú)控制與兩組PID循環(huán)組的串級(jí)控制，從而根據(jù)不同工藝要求選擇不同的溫度控制模式。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

此次系統(tǒng)軟件程序用三菱的GX Deloper進(jìn)行梯形圖編程，編程思路采用模塊化式編程，不同功能的程序組成不同的模塊，有助于提高程序的可讀性及編程的高效性。人機(jī)界面畫面由三菱的GT Designer來(lái)完成，各操作工藝相關(guān)的功能參數(shù)均在GOT畫面上詳細(xì)作出，方便維護(hù)人員的操作及數(shù)據(jù)的整合記錄。溫度控制器中繼器的程序采用山武的SLP-G15，在程序中把PLC地址與溫度控制器的實(shí)際功能地址一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，方便簡(jiǎn)單的把PLC與溫度控制器相結(jié)合，并且內(nèi)部設(shè)置工作周期掃描數(shù)據(jù)可以自動(dòng)的根據(jù)掃描自動(dòng)判斷某一控制器的通信狀態(tài)，提示通信異常報(bào)警。

3.1 觸摸屏畫面

圖3

如圖3，在人機(jī)界面中有三個(gè)按鈕串級(jí)控制，回風(fēng)控制以及送風(fēng)控制三個(gè)按鈕可以進(jìn)行溫度控制模式的切換。在改變相應(yīng)的模式的同時(shí)，相對(duì)應(yīng)的模式下的溫度設(shè)定值及溫度控制PID參數(shù)也即傳送給溫度控制表。

3.2 溫控器中繼程序

圖4

如圖4，在溫度控制器中繼器中設(shè)置相應(yīng)的PLC地址與溫度控制器的實(shí)際地址，比如設(shè)定值SP，檢測(cè)值PV，輸出值MV及相應(yīng)的PID參數(shù)等，從而使溫度控制器與PLC的數(shù)據(jù)同步更新，可以從人機(jī)界面直接修改溫度控制器的參數(shù)。大大方便操作使用。

4 串級(jí)PID溫度控制的PID整定

在PID溫度控制已經(jīng)成熟應(yīng)用的今天，PID參數(shù)的整定也已經(jīng)不是難事，先比例后積分最后再把微分加的經(jīng)典總結(jié)經(jīng)驗(yàn)也讓大家在PID參數(shù)整定中受益匪淺。并且現(xiàn)在大多數(shù)的溫度控制器都自帶PID參數(shù)自動(dòng)整定功能，更是大大的方便了工程調(diào)試人員。

然而由于串級(jí)PID溫度控制的特殊性質(zhì)，兩組循環(huán)組PID控制的相互影響相互制約性給串級(jí)PID控制的PID參數(shù)整定帶了一些難度。此次PID參數(shù)整定采用了化整為散的假設(shè)辦法，把原先的一個(gè)SDC45串級(jí)溫度控制器由兩個(gè)SDC35普通溫度控制器代替連接為串級(jí)模式，這樣可以單獨(dú)整定每一個(gè)PID參數(shù)。比如回風(fēng)控制要求為80度，可以先斷開串級(jí)，手動(dòng)慢慢輸出送風(fēng)的溫控器輸出值直到回風(fēng)溫度大概接近與80度，記錄下此時(shí)的送風(fēng)溫度值，假設(shè)為100度，之后以此100度作為回風(fēng)溫度控制器的設(shè)定值自動(dòng)整定其PID參數(shù)，此100度加減10%作為送風(fēng)溫度控制器的設(shè)定值范圍自動(dòng)整定送風(fēng)的PID參數(shù)，最后回到SDC45的模式下設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)自動(dòng)升溫觀察相應(yīng)溫度曲線進(jìn)行PID參數(shù)微調(diào)整。

圖5

如圖5，可以通過(guò)山武的溫度曲線監(jiān)控軟件與SDC35表進(jìn)行通信實(shí)時(shí)監(jiān)視曲線數(shù)據(jù)及調(diào)整PID參數(shù)進(jìn)行PID的微整定，達(dá)到理想的PID整定曲線，兩個(gè)波前高后低4比1。最后進(jìn)行過(guò)載試驗(yàn)調(diào)整升溫曲線，從而達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定溫度控制要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

電氣自動(dòng)化的迅猛發(fā)展沖擊著整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)，通過(guò)此次用PID的串級(jí)控制取代傳統(tǒng)的PID溫度控制，使得溫度的可控制性更強(qiáng)，送風(fēng)溫度與回風(fēng)溫度都到達(dá)了相互制約，從而提高了溫度的精確性，為之后的生產(chǎn)工藝質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。減少了成品的返修率，相應(yīng)地為整個(gè)生產(chǎn)車間帶來(lái)了更高的工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鎮(zhèn)，姜學(xué)智，李東海.PID控制參數(shù)整定方法[J]電子技術(shù)應(yīng)用，1997，5.

[2]三菱人機(jī)界面GOT[Z].三菱PLC軟件設(shè)計(jì)手冊(cè).

[3]山武溫度控制器SDC45使用手冊(cè)[Z].

作者簡(jiǎn)介：薛小兵（1982，1-），男，籍貫：河南，本科學(xué)歷，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。endprint

摘 要：在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID溫度控制已經(jīng)廣泛使用， 相比傳統(tǒng)PID溫度控制，串級(jí)PID溫度控制的可控制性、高精度性以及可切換性更能讓工藝更上一層。本次以汽車涂裝生產(chǎn)車間閃干烘干爐溫度控制為背景，采用日本山武SDC45溫度控制表與三菱PLC相結(jié)合的自動(dòng)控制爐內(nèi)工藝要求溫度，根據(jù)工藝變化要求可以選擇送風(fēng)、回風(fēng)及串級(jí)PID溫度控制相切換的控制理念，取得良好的溫度控制效果，為提高噴涂工藝質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PID溫度控制；可控制性；高精度性；串級(jí)PID溫度控制；山武SDC45溫度控制表

前言

在當(dāng)前的工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID溫度控制已經(jīng)廣泛使用，屬于傳統(tǒng)溫度控制，為達(dá)到更好的控制效果及更穩(wěn)定的溫度曲線，現(xiàn)在串級(jí)PID控制逐漸發(fā)展起來(lái)。采用現(xiàn)有的帶有串級(jí)溫度控制的溫度控制器與流行的PLC相結(jié)合，使項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計(jì)硬件相對(duì)簡(jiǎn)單化；采用溫度控制器與PLC的總線式通信使軟件設(shè)計(jì)也相對(duì)系統(tǒng)化，可讀性增強(qiáng)；采用人機(jī)界面的參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)顯示統(tǒng)計(jì)功能更使得直觀性，可操控性增強(qiáng)。在實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制的同時(shí)可以保證設(shè)備的維護(hù)簡(jiǎn)單，操作方便，數(shù)據(jù)記錄齊全等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的硬件組成

1.1 人機(jī)界面

人機(jī)界面（可編程序終端及操作顯示面板）是工廠維護(hù)人員直接的操作對(duì)象及數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)的設(shè)備。此次采用三菱的GT16系列人機(jī)觸摸屏，顏色及分辨率都可以給人以視覺(jué)上的享受。

1.2 PLC系統(tǒng)

PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制器，采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)區(qū)域的溫度信號(hào)，及風(fēng)閥限位開關(guān)的開閉信號(hào)控制相應(yīng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且與溫控器通信實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面上對(duì)溫控器的設(shè)定值SP，PID參數(shù)等的設(shè)定及傳送。此次采用三菱的Q系列PLC及其相對(duì)應(yīng)的與上位機(jī)通信用的同軸電纜通信模塊，與遠(yuǎn)程I/O通信的CC-LINK模塊，與溫控器組網(wǎng)通信用的串口模塊，及各類數(shù)字I/O輸入輸出模塊和溫度采集用的模擬量輸入模塊。

1.3 串級(jí)溫度控制器

串級(jí)溫度控制器是此次項(xiàng)目的重點(diǎn)，它是整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的核心，以其自身的串級(jí)控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)串級(jí)溫度控制。此次采用了山武的SDC45系列溫度控制器，其操作方便直觀，并可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置及PID參數(shù)的整定，大大縮短了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。

1.4 溫度控制器中繼系統(tǒng)

溫度控制器中繼系統(tǒng)采用山武的CMC15，其可以把PLC過(guò)來(lái)的422，232通信轉(zhuǎn)換為溫度控制表的RS485通信，從而可以使所有溫度控制器采用總線式接線和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其可以通過(guò)軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，方便使用。

1.5 溫度傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

此次項(xiàng)目控制溫度不高，溫度傳感器采用了PT100電阻式溫度傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用山武的EMC3000系列電動(dòng)比例閥控制燃燒器的燃?xì)饧翱諝饬窟M(jìn)而實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的溫度控制。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

此次系統(tǒng)根據(jù)客戶的不同工藝的控制要求，需要進(jìn)行送風(fēng)溫度控制，回風(fēng)溫度控制以及串級(jí)溫度控制的相應(yīng)切換來(lái)滿足不同的設(shè)備工藝。此三種溫度控制均由一個(gè)串級(jí)溫度控制器SDC45來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中的三種控制通過(guò)人機(jī)界面的按鈕進(jìn)行切換，切換的同時(shí)自動(dòng)更改溫度控制的SP設(shè)定值及相應(yīng)PID參數(shù)來(lái)滿足相應(yīng)的溫度控制要求。

2.1 系統(tǒng)組成圖

如圖1，簡(jiǎn)單表示出整理系統(tǒng)的構(gòu)成。通過(guò)串級(jí)控制器采樣檢測(cè)溫度控制比例閥動(dòng)作控制相應(yīng)溫度，通過(guò)溫度中繼控制器把PLC過(guò)來(lái)的人機(jī)界面設(shè)定值及PID參數(shù)等送給串級(jí)溫度控制器。

圖1

2.2 溫度控制系統(tǒng)圖

圖2

如圖2，可以看出在串級(jí)溫度控制器中有兩PID組循環(huán)組，通過(guò)內(nèi)部開關(guān)的開斷組合可以實(shí)現(xiàn)兩組PID循環(huán)組的單獨(dú)控制與兩組PID循環(huán)組的串級(jí)控制，從而根據(jù)不同工藝要求選擇不同的溫度控制模式。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

此次系統(tǒng)軟件程序用三菱的GX Deloper進(jìn)行梯形圖編程，編程思路采用模塊化式編程，不同功能的程序組成不同的模塊，有助于提高程序的可讀性及編程的高效性。人機(jī)界面畫面由三菱的GT Designer來(lái)完成，各操作工藝相關(guān)的功能參數(shù)均在GOT畫面上詳細(xì)作出，方便維護(hù)人員的操作及數(shù)據(jù)的整合記錄。溫度控制器中繼器的程序采用山武的SLP-G15，在程序中把PLC地址與溫度控制器的實(shí)際功能地址一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，方便簡(jiǎn)單的把PLC與溫度控制器相結(jié)合，并且內(nèi)部設(shè)置工作周期掃描數(shù)據(jù)可以自動(dòng)的根據(jù)掃描自動(dòng)判斷某一控制器的通信狀態(tài)，提示通信異常報(bào)警。

3.1 觸摸屏畫面

圖3

如圖3，在人機(jī)界面中有三個(gè)按鈕串級(jí)控制，回風(fēng)控制以及送風(fēng)控制三個(gè)按鈕可以進(jìn)行溫度控制模式的切換。在改變相應(yīng)的模式的同時(shí)，相對(duì)應(yīng)的模式下的溫度設(shè)定值及溫度控制PID參數(shù)也即傳送給溫度控制表。

3.2 溫控器中繼程序

圖4

如圖4，在溫度控制器中繼器中設(shè)置相應(yīng)的PLC地址與溫度控制器的實(shí)際地址，比如設(shè)定值SP，檢測(cè)值PV，輸出值MV及相應(yīng)的PID參數(shù)等，從而使溫度控制器與PLC的數(shù)據(jù)同步更新，可以從人機(jī)界面直接修改溫度控制器的參數(shù)。大大方便操作使用。

4 串級(jí)PID溫度控制的PID整定

在PID溫度控制已經(jīng)成熟應(yīng)用的今天，PID參數(shù)的整定也已經(jīng)不是難事，先比例后積分最后再把微分加的經(jīng)典總結(jié)經(jīng)驗(yàn)也讓大家在PID參數(shù)整定中受益匪淺。并且現(xiàn)在大多數(shù)的溫度控制器都自帶PID參數(shù)自動(dòng)整定功能，更是大大的方便了工程調(diào)試人員。

然而由于串級(jí)PID溫度控制的特殊性質(zhì)，兩組循環(huán)組PID控制的相互影響相互制約性給串級(jí)PID控制的PID參數(shù)整定帶了一些難度。此次PID參數(shù)整定采用了化整為散的假設(shè)辦法，把原先的一個(gè)SDC45串級(jí)溫度控制器由兩個(gè)SDC35普通溫度控制器代替連接為串級(jí)模式，這樣可以單獨(dú)整定每一個(gè)PID參數(shù)。比如回風(fēng)控制要求為80度，可以先斷開串級(jí)，手動(dòng)慢慢輸出送風(fēng)的溫控器輸出值直到回風(fēng)溫度大概接近與80度，記錄下此時(shí)的送風(fēng)溫度值，假設(shè)為100度，之后以此100度作為回風(fēng)溫度控制器的設(shè)定值自動(dòng)整定其PID參數(shù)，此100度加減10%作為送風(fēng)溫度控制器的設(shè)定值范圍自動(dòng)整定送風(fēng)的PID參數(shù)，最后回到SDC45的模式下設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)自動(dòng)升溫觀察相應(yīng)溫度曲線進(jìn)行PID參數(shù)微調(diào)整。

圖5

如圖5，可以通過(guò)山武的溫度曲線監(jiān)控軟件與SDC35表進(jìn)行通信實(shí)時(shí)監(jiān)視曲線數(shù)據(jù)及調(diào)整PID參數(shù)進(jìn)行PID的微整定，達(dá)到理想的PID整定曲線，兩個(gè)波前高后低4比1。最后進(jìn)行過(guò)載試驗(yàn)調(diào)整升溫曲線，從而達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定溫度控制要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

電氣自動(dòng)化的迅猛發(fā)展沖擊著整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)，通過(guò)此次用PID的串級(jí)控制取代傳統(tǒng)的PID溫度控制，使得溫度的可控制性更強(qiáng)，送風(fēng)溫度與回風(fēng)溫度都到達(dá)了相互制約，從而提高了溫度的精確性，為之后的生產(chǎn)工藝質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。減少了成品的返修率，相應(yīng)地為整個(gè)生產(chǎn)車間帶來(lái)了更高的工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鎮(zhèn)，姜學(xué)智，李東海.PID控制參數(shù)整定方法[J]電子技術(shù)應(yīng)用，1997，5.

[2]三菱人機(jī)界面GOT[Z].三菱PLC軟件設(shè)計(jì)手冊(cè).

[3]山武溫度控制器SDC45使用手冊(cè)[Z].

作者簡(jiǎn)介：薛小兵（1982，1-），男，籍貫：河南，本科學(xué)歷，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。endprint

摘 要：在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID溫度控制已經(jīng)廣泛使用， 相比傳統(tǒng)PID溫度控制，串級(jí)PID溫度控制的可控制性、高精度性以及可切換性更能讓工藝更上一層。本次以汽車涂裝生產(chǎn)車間閃干烘干爐溫度控制為背景，采用日本山武SDC45溫度控制表與三菱PLC相結(jié)合的自動(dòng)控制爐內(nèi)工藝要求溫度，根據(jù)工藝變化要求可以選擇送風(fēng)、回風(fēng)及串級(jí)PID溫度控制相切換的控制理念，取得良好的溫度控制效果，為提高噴涂工藝質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PID溫度控制；可控制性；高精度性；串級(jí)PID溫度控制；山武SDC45溫度控制表

前言

在當(dāng)前的工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID溫度控制已經(jīng)廣泛使用，屬于傳統(tǒng)溫度控制，為達(dá)到更好的控制效果及更穩(wěn)定的溫度曲線，現(xiàn)在串級(jí)PID控制逐漸發(fā)展起來(lái)。采用現(xiàn)有的帶有串級(jí)溫度控制的溫度控制器與流行的PLC相結(jié)合，使項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計(jì)硬件相對(duì)簡(jiǎn)單化；采用溫度控制器與PLC的總線式通信使軟件設(shè)計(jì)也相對(duì)系統(tǒng)化，可讀性增強(qiáng)；采用人機(jī)界面的參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)顯示統(tǒng)計(jì)功能更使得直觀性，可操控性增強(qiáng)。在實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制的同時(shí)可以保證設(shè)備的維護(hù)簡(jiǎn)單，操作方便，數(shù)據(jù)記錄齊全等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的硬件組成

1.1 人機(jī)界面

人機(jī)界面（可編程序終端及操作顯示面板）是工廠維護(hù)人員直接的操作對(duì)象及數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)的設(shè)備。此次采用三菱的GT16系列人機(jī)觸摸屏，顏色及分辨率都可以給人以視覺(jué)上的享受。

1.2 PLC系統(tǒng)

PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制器，采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)區(qū)域的溫度信號(hào)，及風(fēng)閥限位開關(guān)的開閉信號(hào)控制相應(yīng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且與溫控器通信實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面上對(duì)溫控器的設(shè)定值SP，PID參數(shù)等的設(shè)定及傳送。此次采用三菱的Q系列PLC及其相對(duì)應(yīng)的與上位機(jī)通信用的同軸電纜通信模塊，與遠(yuǎn)程I/O通信的CC-LINK模塊，與溫控器組網(wǎng)通信用的串口模塊，及各類數(shù)字I/O輸入輸出模塊和溫度采集用的模擬量輸入模塊。

1.3 串級(jí)溫度控制器

串級(jí)溫度控制器是此次項(xiàng)目的重點(diǎn)，它是整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的核心，以其自身的串級(jí)控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)串級(jí)溫度控制。此次采用了山武的SDC45系列溫度控制器，其操作方便直觀，并可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置及PID參數(shù)的整定，大大縮短了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。

1.4 溫度控制器中繼系統(tǒng)

溫度控制器中繼系統(tǒng)采用山武的CMC15，其可以把PLC過(guò)來(lái)的422，232通信轉(zhuǎn)換為溫度控制表的RS485通信，從而可以使所有溫度控制器采用總線式接線和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其可以通過(guò)軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，方便使用。

1.5 溫度傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

此次項(xiàng)目控制溫度不高，溫度傳感器采用了PT100電阻式溫度傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用山武的EMC3000系列電動(dòng)比例閥控制燃燒器的燃?xì)饧翱諝饬窟M(jìn)而實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的溫度控制。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

此次系統(tǒng)根據(jù)客戶的不同工藝的控制要求，需要進(jìn)行送風(fēng)溫度控制，回風(fēng)溫度控制以及串級(jí)溫度控制的相應(yīng)切換來(lái)滿足不同的設(shè)備工藝。此三種溫度控制均由一個(gè)串級(jí)溫度控制器SDC45來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中的三種控制通過(guò)人機(jī)界面的按鈕進(jìn)行切換，切換的同時(shí)自動(dòng)更改溫度控制的SP設(shè)定值及相應(yīng)PID參數(shù)來(lái)滿足相應(yīng)的溫度控制要求。

2.1 系統(tǒng)組成圖

如圖1，簡(jiǎn)單表示出整理系統(tǒng)的構(gòu)成。通過(guò)串級(jí)控制器采樣檢測(cè)溫度控制比例閥動(dòng)作控制相應(yīng)溫度，通過(guò)溫度中繼控制器把PLC過(guò)來(lái)的人機(jī)界面設(shè)定值及PID參數(shù)等送給串級(jí)溫度控制器。

圖1

2.2 溫度控制系統(tǒng)圖

圖2

如圖2，可以看出在串級(jí)溫度控制器中有兩PID組循環(huán)組，通過(guò)內(nèi)部開關(guān)的開斷組合可以實(shí)現(xiàn)兩組PID循環(huán)組的單獨(dú)控制與兩組PID循環(huán)組的串級(jí)控制，從而根據(jù)不同工藝要求選擇不同的溫度控制模式。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

此次系統(tǒng)軟件程序用三菱的GX Deloper進(jìn)行梯形圖編程，編程思路采用模塊化式編程，不同功能的程序組成不同的模塊，有助于提高程序的可讀性及編程的高效性。人機(jī)界面畫面由三菱的GT Designer來(lái)完成，各操作工藝相關(guān)的功能參數(shù)均在GOT畫面上詳細(xì)作出，方便維護(hù)人員的操作及數(shù)據(jù)的整合記錄。溫度控制器中繼器的程序采用山武的SLP-G15，在程序中把PLC地址與溫度控制器的實(shí)際功能地址一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，方便簡(jiǎn)單的把PLC與溫度控制器相結(jié)合，并且內(nèi)部設(shè)置工作周期掃描數(shù)據(jù)可以自動(dòng)的根據(jù)掃描自動(dòng)判斷某一控制器的通信狀態(tài)，提示通信異常報(bào)警。

3.1 觸摸屏畫面

圖3

如圖3，在人機(jī)界面中有三個(gè)按鈕串級(jí)控制，回風(fēng)控制以及送風(fēng)控制三個(gè)按鈕可以進(jìn)行溫度控制模式的切換。在改變相應(yīng)的模式的同時(shí)，相對(duì)應(yīng)的模式下的溫度設(shè)定值及溫度控制PID參數(shù)也即傳送給溫度控制表。

3.2 溫控器中繼程序

圖4

如圖4，在溫度控制器中繼器中設(shè)置相應(yīng)的PLC地址與溫度控制器的實(shí)際地址，比如設(shè)定值SP，檢測(cè)值PV，輸出值MV及相應(yīng)的PID參數(shù)等，從而使溫度控制器與PLC的數(shù)據(jù)同步更新，可以從人機(jī)界面直接修改溫度控制器的參數(shù)。大大方便操作使用。

4 串級(jí)PID溫度控制的PID整定

在PID溫度控制已經(jīng)成熟應(yīng)用的今天，PID參數(shù)的整定也已經(jīng)不是難事，先比例后積分最后再把微分加的經(jīng)典總結(jié)經(jīng)驗(yàn)也讓大家在PID參數(shù)整定中受益匪淺。并且現(xiàn)在大多數(shù)的溫度控制器都自帶PID參數(shù)自動(dòng)整定功能，更是大大的方便了工程調(diào)試人員。

然而由于串級(jí)PID溫度控制的特殊性質(zhì)，兩組循環(huán)組PID控制的相互影響相互制約性給串級(jí)PID控制的PID參數(shù)整定帶了一些難度。此次PID參數(shù)整定采用了化整為散的假設(shè)辦法，把原先的一個(gè)SDC45串級(jí)溫度控制器由兩個(gè)SDC35普通溫度控制器代替連接為串級(jí)模式，這樣可以單獨(dú)整定每一個(gè)PID參數(shù)。比如回風(fēng)控制要求為80度，可以先斷開串級(jí)，手動(dòng)慢慢輸出送風(fēng)的溫控器輸出值直到回風(fēng)溫度大概接近與80度，記錄下此時(shí)的送風(fēng)溫度值，假設(shè)為100度，之后以此100度作為回風(fēng)溫度控制器的設(shè)定值自動(dòng)整定其PID參數(shù)，此100度加減10%作為送風(fēng)溫度控制器的設(shè)定值范圍自動(dòng)整定送風(fēng)的PID參數(shù)，最后回到SDC45的模式下設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)自動(dòng)升溫觀察相應(yīng)溫度曲線進(jìn)行PID參數(shù)微調(diào)整。

圖5

如圖5，可以通過(guò)山武的溫度曲線監(jiān)控軟件與SDC35表進(jìn)行通信實(shí)時(shí)監(jiān)視曲線數(shù)據(jù)及調(diào)整PID參數(shù)進(jìn)行PID的微整定，達(dá)到理想的PID整定曲線，兩個(gè)波前高后低4比1。最后進(jìn)行過(guò)載試驗(yàn)調(diào)整升溫曲線，從而達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定溫度控制要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

電氣自動(dòng)化的迅猛發(fā)展沖擊著整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)，通過(guò)此次用PID的串級(jí)控制取代傳統(tǒng)的PID溫度控制，使得溫度的可控制性更強(qiáng)，送風(fēng)溫度與回風(fēng)溫度都到達(dá)了相互制約，從而提高了溫度的精確性，為之后的生產(chǎn)工藝質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。減少了成品的返修率，相應(yīng)地為整個(gè)生產(chǎn)車間帶來(lái)了更高的工作效率。

參考文獻(xiàn)

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[2]三菱人機(jī)界面GOT[Z].三菱PLC軟件設(shè)計(jì)手冊(cè).

[3]山武溫度控制器SDC45使用手冊(cè)[Z].

作者簡(jiǎn)介：薛小兵（1982，1-），男，籍貫：河南，本科學(xué)歷，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。endprint