桑吳剛

（江蘇省昆山第一中等專業(yè)學(xué)校 ，江蘇昆山，215300）

基于PLC的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

桑吳剛

（江蘇省昆山第一中等專業(yè)學(xué)校 ，江蘇昆山，215300）

針對(duì)恒溫系統(tǒng)的控制，在很多企業(yè)應(yīng)用中較為廣泛，本文介紹基于三菱PLC和觸摸屏控制恒溫控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹系統(tǒng)的總體框架，工作原理及軟硬件結(jié)構(gòu)，PID控制過程，觸摸屏的總體設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具備工作可靠性好，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于一些需要恒溫控制的場合，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

PLC；溫度；觸摸屏

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

恒溫控制系統(tǒng)由三菱FX3U系列PLC控制，F(xiàn)X2N-4AD模塊進(jìn)行溫度模擬量處理，設(shè)定溫度由昆侖通態(tài)觸摸屏進(jìn)行設(shè)定，并由觸摸屏對(duì)溫控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并由觸摸屏記錄溫度實(shí)時(shí)曲線，由PLC軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PID進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。如圖1所示，為該系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過人機(jī)界面（觸摸屏）實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)對(duì)話，PLC實(shí)時(shí)對(duì)溫度的監(jiān)控和加熱器的控制，實(shí)現(xiàn)恒溫室的溫度達(dá)到設(shè)定值，通過PLC中PID進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，使溫度能夠穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確響應(yīng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

恒溫控制系統(tǒng)以PLC為核心控制器件，主要包括溫度采集模塊、加熱器、人機(jī)界面模塊，如圖2所示，通過對(duì)恒溫室溫度采集，與設(shè)定值進(jìn)行比較，PLC來進(jìn)行處理，使恒溫室溫度趨近于設(shè)定值，并達(dá)到穩(wěn)定，根據(jù)恒溫室溫度變化，采用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過PLC輸出，控制固態(tài)繼電器進(jìn)行對(duì)加熱器進(jìn)行控制，在加熱過程中，為使恒溫室溫度達(dá)到均勻，在恒溫室加裝風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)空氣對(duì)流，使恒溫室溫度更加均勻，該系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警電路，發(fā)生故障或達(dá)到極限溫度，PLC輸出聲光報(bào)警，同時(shí)，觸摸屏記錄當(dāng)前報(bào)警，并發(fā)出提示。

圖2 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

此溫控系統(tǒng)屬于單閉環(huán)控制系統(tǒng)，PID功能指令的參數(shù)整定，在調(diào)試過程中，通過經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行參數(shù)整定，先按照實(shí)際條件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度傳感器采用鉑熱電阻PT100，經(jīng)RTD模塊處理后送入PLC擴(kuò)展模塊FX2N-4AD，將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，來進(jìn)行處理，通過PLC內(nèi)部PID控制算法，來轉(zhuǎn)化為一個(gè)時(shí)間值，從而用時(shí)間的變化來控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)節(jié)加熱器的工作電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫室的溫度控制。設(shè)溫度初始值為t0，恒溫室設(shè)定值為T，溫度偏離值為T- t0，溫度偏離值越大，加熱器單位時(shí)間工作時(shí)間就越長，偏離值越大，單位工作時(shí)間就越短，當(dāng)溫度偏離值為T- t0趨近于零時(shí)，加熱器工作單位時(shí)間最短。

3 觸摸屏設(shè)計(jì)

通過PLC和觸摸屏的結(jié)合，合理布置參數(shù)設(shè)置，對(duì)觸摸屏設(shè)置主菜單窗口、數(shù)據(jù)顯示窗口、實(shí)時(shí)曲線窗口和實(shí)時(shí)報(bào)警窗口。如圖3所示。

數(shù)據(jù)窗口，可設(shè)置恒溫室所需要的溫度，同時(shí)，顯示恒溫室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，并設(shè)置溫度的上下極限，起到保護(hù)作用，并通過觸摸屏來啟停風(fēng)扇的動(dòng)作，起到散熱和均勻溫度的作用，在觸摸屏上，設(shè)置相關(guān)指示燈，以顯示控制過程所需要的指示，同時(shí)，在觸摸屏上，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并繪制溫度的實(shí)時(shí)曲線，直接明了顯示溫度的運(yùn)動(dòng)軌跡，若恒溫控制系統(tǒng)發(fā)生安全故障，PLC會(huì)發(fā)生聲光報(bào)警，同時(shí)觸摸屏也會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警并記錄數(shù)據(jù)。

圖3 觸摸屏主菜單窗口

4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

通過設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)干預(yù)和自動(dòng)控制運(yùn)行，設(shè)置溫度的上下限。如果在發(fā)生緊急情況，可手動(dòng)干預(yù)來實(shí)現(xiàn)緊急停止加熱或手動(dòng)干預(yù)散熱風(fēng)扇的啟停。

如圖4所示，系統(tǒng)的PLC程序流程圖，系統(tǒng)初始化，給定恒溫室所需溫度，PT100溫度傳感器采集恒溫室溫度，與設(shè)定值進(jìn)行比較，由于剛開始工作，恒溫室內(nèi)溫度低于設(shè)定值，加熱器在PLC控制作用下，進(jìn)行連續(xù)加熱（單位時(shí)間內(nèi)加熱時(shí)間長），并開啟風(fēng)扇來進(jìn)行均勻恒溫室溫度，溫度逐漸趨近于設(shè)定值，加熱器在PLC的控制下，采取斷續(xù)加熱（單位時(shí)間內(nèi)加熱時(shí)間短）方式，由于加熱具有慣性，PLC采用指令PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，在控制過程中，因?yàn)楹銣厥覝囟群驮O(shè)定值不可能達(dá)到理想相等，所以不斷的通過傳感器采集恒溫室的溫度，不斷的和設(shè)定值進(jìn)行比較，不斷的進(jìn)行處理，使恒溫室溫度向設(shè)定值無限接近。

圖4 系統(tǒng)PLC程序流程圖

5 總結(jié)

綜上所述，PLC、觸摸屏有機(jī)結(jié)合，能夠方便地對(duì)溫度采取有效的控制，基于PLC的強(qiáng)大功能，可有效保障溫度實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性，通過PID的控制，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)，準(zhǔn)確并達(dá)到穩(wěn)定值，在工業(yè)中，需要恒溫控制的場合，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[1]嚴(yán)春平,宋耀華,熊望平.采用PWM方式的PLC恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2015(36).

[2]周曉娟,張艷,馬麗麗.基于PLC的PID恒溫箱控制系統(tǒng)研究 [J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014(12).

Design of constant temperature control system based on PLC

Sang Wugang
(Kunshan Jiangsu No.1 Secondary Vocational school, Kunshan Jiangsu,215300)

The control for constant temperature system, is widely used in many enterprise applications, this paper based on MITSUBISHI PLC and touch screen control temperature control system, the overall framework of the system is introduced in detail, the working principle and hardware structure, PID control process, the overall design of the touch screen, the system has good reliability, high degree of automation for some, need constant temperature control occasions, and has certain application value.

PLC; temperature; touch screen