基于PLC 技术在温度控制系统的应用

杨 征 海南科技职业学院 海南海口 571126

* 基金项目：2013 年海南省高等学校科学研究项目 批准号：Hjkj2013-60

【文章摘要】

随着科学技术的发展，工业中很多系统采取了自动化控制。本文中主要研究的是PLC 加热炉温度控制系统，基于PLC 技术分析了PLC 加热炉温度控制系统的组成及工作原理、系统结构、系统的软件结构。在温度控制系统中应用PLC 技术，显著提高了系统的可靠性和安全性。

【关键词】

PLC 技术；加热炉温度控制系统；原理；结构

0 引言

随着电子科学技术的不断发展，PLC （可编程控制器）也在不断发展，其功能也在不断完善，由原来的简单的逻辑量控制到现在的拥有计算机控制系统的功能，其发展非常迅速，并在现代工业控制中具有非常广泛的应用前景。PLC 还具备以下的优点：强大的抗干扰性及可靠性、体积小易于携带、编程简单易修改、网络功能强大等，并能和计算机共同组成具有强大功能的控制系统。

1 PLC 技术与温度控制系统

1.1 PLC 技术

可编程控制器是一种计算机技术，在可编程控制器的发展前期其被称为可编程逻辑控制器，简称PLC 技术，随着计算机技术和PLC 本身的不断发展和成熟， PLC 应用范围的不断扩大，早已超出了原来的逻辑控制的范围。它主要应用在工业中，是工业控制中专用的控制器，但是还是习惯称其为PLC。PLC 控制主要分为输入采样阶段、输出刷新阶段及用户程序执行阶段共3 个阶段。输入采样阶段，此阶段的主要功能就是采用数据扫描器读入全部的系统运行数据，并将这些数据存储在PLC 的I/O 映像区内。然后根据自上到下的顺序对用户程序进行一一扫描，扫描结果通常为一个梯形图，完成扫描后再进行逻辑运算，完成运算之后，按照结果对系统RAM 存储区中逻辑线圈的对应位状态进行刷新。完成用户程序的扫描之后，进入输出刷新阶段。系统接收到控制器中CPU 的指令后进行电路锁存，电路锁存以I/O 映像区内对应的状态和数据刷新结果为依据，经过输出电路驱动外设对系统进行控制。PLC 的基本结构组成如图1 所示。

温度控制在工业生产和科研活动中非常重要，因为它是一个变量，需要不断测量，并持续保持，能否将其控制在需要的温度范围内成为温度控制的关键。温度控制原来采用的一般是继电器控制技术，采用外部接线的方式实现逻辑控制，虽然在一定范围内实现了温度控制，但是控制系统容易出现问题，体积大能耗高，不能保证温度控制的稳定性，从而对工业生产及科研造成一定的影响。随着计算机控制技术的进一步发展，出现了PLC 控制技术。采用PLC 控制技术的控制系统易维护、耗能低，因此，继电器控制技术逐渐被淘汰。基于PLC 温度控制系统的控制采用内部编程的方式，并对PLC 控制器进行了扩充使其具体PID 控制功能，该系统属于过程控制系统，结合了逻辑控制与PID 控制两种方式。加热炉温度控制系统是当前具有代表性的过程控制系统，实现了加热炉温度的自动化控制。

2 加热炉温度控制系统的组成及工作原理

2.1 系统组成

该系统主要由四部分组成，分别为PLC 主控系统、加热炉（加热容器）、温度检测系统、继电器，该系统的具体组成结构如图2 所示。

2.2 系统工作原理

控制系统通常分为两种：开环控制系统及闭环控制系统。加热炉温度控制系统中应用的是闭环控制系统，其结构如图3 所示。该温度控制系统采用的闭环控制器为PID。系统的工作过程如下：设定系统的目标温度值也就是预期的加热炉温度，温度传感器测得加热炉温度，并将其转换成数字量，PID 控制器接收目标设定温度值及温度传感器的反馈温度值两者的差值，差值经过PID 运算处理之后得到一个叠加的数字量，经过上限位和下限位处理该数字量进行D/A 转换，由数字信号转换成电压信号，输出一个电压信号去控制继电器的输出，继而控制加热炉的加热节律，实现温度控制。

图2 基于PLC 加热炉温度控制系统的组成结构

图3 电加热炉的温度控制系统

3 基于PLC 的加热炉温度控制系统结构

基于PLC 的加热炉温度控制系统结构及具体的温度控制流程如图4 所示。

在该温度控制系统中，温度传感器采集加热炉的温度数据并将其传输到PLC 控制器，PLC 控制器将系统的温度设定值和采集值进行对比和运算，然后输出信号到周波控制器，实现加热炉导通周期的控制。同时，温度传感器将再次采集的加热炉温度数据传输到PLC 控制器，PLC 控制器再次将系统的温度设定值和采集值进行对比和运算，并再次输出控制信号到周波控制器，调整加热器输出，形成闭环控制系统，实现温度控制。

PLC 控制器和上位机之间可以实现数据通讯和共享，通过上位机可以实现PLC

图1PLC 的基本结构组成006

电子科技

Electronics Technology

电子制作

程序的修改、编写、上传或者是下载等，此外还可以通过上位机的组态软件，对设备的控制参数进行修改和直接设置，监控设备的工作情况，一旦设备发生故障还可发出警报。

图4 加热炉温度控制系统结构和控制流程

4 基于PLC 的加热炉温度控制系统的软件结构

基于PLC 的加热炉温度控制系统中的软件部分非常重要，是PLC 系统的核心部分。软件编程采用visual studio 2010 软件, 编程界面十分直观，并且画面形象易于理解，显著提高了软件编程效率。通过计算机的与PLC 接口，可以十分简单的将程序从PLC 中读出或者是传递到PLC 中。此外软件控制系统的主界面可以监控到各个工作区和加热器的当前温度，还可以设定温度、加热器的导通率等参数。主界面的屏幕右侧有如下按钮：“口令设置”、“报警设置”、“参数补偿”、“温度曲线”、“加热控制”等，点击相应的按钮，就可以切换到相应页面，进行设置或者是查询。其中：①口令设置。它的功能主要是创建用户及提供口令修改。②报警监控系统。它包括工作区报警设定、加热区报警设定及报警信息列表。工作区和加热区报警设定中显示了每个加热区的上限报警温度，一旦超出上限温度就会自动发出警报。③ 参数补偿。它的主要功能就是及时纠正热电偶测量值，从而为设备的温度控制的精准性提供保障。④加热曲线。该曲线记录了每个加热区的温度变化，温度变化的趋势可以间接反映出设备温度控制的性能和系统对温度控制的响应情况，也可以作为备用数据以供查询。⑤加热控制。该功能对于温度控制系统来说非常重要，在加热控制功能里，可以设定升温及保温时间和每个加热区的保温点，然后对设定好的参数进行控制或者是调整。

5 结束语

随着控制技术的不断发展和进步， PLC 将具有非常广阔的应用前景，其对温度控制的作用也将进一步提升。基于PLC 技术的温度控制系统的种类和应用范围也会进一步拓展，系统的功能也会更加完善，系统的测定值也会更加精确，以满足不同的温度控制需求。所以，国家要大力支持温度控制系统的研发，在PLC 温度控制系统中应用更多的先进技术，为工业和科研的发展提供更先进的温度自动控制设备。

【参考文献】

[1] 赵中敏, 张秋云, 杨广才.PLC 控制系统设计[J]. 机床电器,2007,02:37-40+46.

[2] 宋光伟. 液压打桩锤压力反馈PLC 控制配流系统研究[D]. 中南大学,2011.

[3] 李月芳. 基于PLC 与组态王的模拟锅炉温度控制系统[J]. 工业控制计算机,2008,12:18-19.

[4] 陈奇峰, 薛瑞, 赵琳. 基于PLC 的啤酒发酵智能温度控制系统[J]. 自动化技术与应用,2013,12:59- 63.

[5] 祁鲲, 厉虹. 基于PLC 的温度控制仿真试验平台设计[J]. 电气技术,2013,09:30-33.

【作者简介】

杨征，男， 海南科技职业学院，讲师， 工程师，研究方向：自动化控制，机电一体化。