发布时间 : 星期一 文章(完整版)基于PLC和组态王的温度控制系统设计完整毕业论文更新完毕开始阅读
ON为接通，OFF为断开。
表3-2 EM231选择模拟量输入范围的开关表
单极性 满量程输入 SW1 ON SW2 OFF ON SW3 ON OFF 0到10V 0到5V 0到20mA 双极性 满量程输入 SW1 OFF SW2 OFF ON SW3 ON OFF ±5V ±2.5V 2.5mV 1.25mV 分辨率 2.5mV 1.25mV 5uA 分辨率
EM231校准和配置位置图如图3-3所示。
图3-3 DIP配置EM231
3.2.4 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度变化转换为电势变化,
而热电阻是将温度变化转换为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛应用。
该系统中需要用传感器将温度转换成电压，且炉子的温度最高达几百度,所以我们选择了热电偶作为传感器。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。国际标准热电偶有S、B、E、K、R、J、T七种类型，在本系统中，我们选用了K型热电偶（分度表如表3-3所示），其测温范围大约是0～1000℃。系统里的烤炉最高温度不过几百度，加上一定的裕度就足够了，另外其成本也不算高[12]。
表3-3 K型热电偶分度表
3.3 IO点分配及电气连接图
1) 该温度控制系统中IO点分配表如表3-4所示。
表3-4 IO点分配表
输入触点 IO.1 I0.2 功能说明 启动按钮 停止按钮 输出触点 Q0.0 Q0.1 Q0.3 功能说明 运行指示灯（绿） 停止指示灯（红） 固态继电器 2)系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用PLC CPU226为控制器， K型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过EM231模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。PLC和HMI相连接，实现了系统的实时监控。整个硬件连接图如图3-4和3-5所示。
图3-4 系统框架图
3.4 PLC控制器的设计
控制器的设计是基于模型控制设计过程中最重要的一步。首先要根据受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。然后根据所要求的性能指标确定控制器的参数值。
3.4.1 控制系统数学模型的建立
本温度控制系统中，传感器（电热偶）将检测到的温度信号转换成电压信号经过温度模块后，与设定温度值进行比较，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法进行修正，返回对应工况下的固态继电器导通时间，调节电热丝的有效加热功率，从而实现对炉子的温度控制。控制系统结构图如图3-6所示，方框图如图3-7所示。 图3-5 系统硬件连接图
图3-6 控制系统结构图
R(s) + E(s) U(s) Y(s) _
图3-7 控制系统方框图
图3-7中，R(s)为设定温度的拉氏变换式；E(s)为偏差的拉氏变换式； Gc(s)为控制器的传递函数；Go(s)为广义对象，即控制阀、对象控制通道、测量变送装置三个环节的合并；
该温度控制系统是具有时滞的一阶闭环系统，传递函数为
错误！未找到引用源。
（3-1）
式3-1中，错误！未找到引用源。为对象放大系数；为对象时间常数；为对象时滞。
错（3-2）
误！未找到引用源。
由阶跃响应法求得， =0.5； =错误！未找到引用源。2.5分钟； =错
误！未找到引用源。1.2分钟。 3.4.2 PID控制及参数整定
比例、积分、微分三种控制方式各有独特的作用。比例控制是一种最基本的控制规律，具有反应速度快，控制及时，但控制结果有余差等特点。积分控制可以消除余差，但是工业上很少单独使用积分控制的，因为与比例控制相比，除非积分速度无穷大，否则积分控制就不可能想比例控制那样及时的对偏差加以响应，所以控制器的输出变化总是滞后与偏差的变化，从而难以对干扰进行及时且有效的控制。微分作用是对偏差的变化速度加以响应的，因此，只要偏差一有变化，控制器就能根据变化速度的大小，适当改变其输出信号，从而可以及时克服干扰的影响，抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。但是理想微分控制器的控制结果也不能消除余差，而且控制效果要比纯比例控制器更差。将三种方式加以组合在一起，就是比例积分微分（PID）控制,其数学表达式为
错误！未找到引用源。 （3-3）
式3-3中：为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。 根据以上的分析，本温度控制系统适于采用PID控制。
完成了上述内容后，该温度控制系统就已经确定了。在系统投运之前，还需要进行控制器的参数整定。控制器参数整定方法很多，归纳起来可分