CN117008671A - 一种基于plc的pid温度控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于PLC的PID温度控制装置及方法，装置包括可编程式控制器PLC，所述可编程式控制器PLC电连接有信号输入模块、温度传感器、单相调压模块和电加热器，所述信号输入模块用于接收用户输入的目标温度数值，所述温度传感器实时监测电加热器的工作温度，所述可编程式控制器PLC根据工作温度数据进行PID算法处理，输出电流信号到单相调压模块，所述单相调压模块接收电流信号输出控制电加热器的电压信号。本发明利用PLC作为系统的核心元件，运用PID算法编辑电控程序，然后控制其他模块工作实现对温度的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，尤其是一种基于PLC的PID温度控制装置及方法。
背景技术
随着技术的发展，目前温度控制对于现代工业和科学实验至关重要，且现在生产产品对于温度控制精度要求也越来越高。尤其在我们制冷暖通行业中，温度控制可以说是核心功能，而温度控制系统的控制器有很多种，如温控仪、单片机、可编程式控制器(PLC)等等。其中PLC凭借着它在工业控制中较高的可靠性、稳定性及较强的抗干扰能力，已经成为许多用户信赖的产品。而现有利用温控仪进行温度控制，会增加系统组件成本，由于温控仪本身的体积限制需要一定的安装空间导致设备整体体积过大。
发明内容
本发明解决了现有电加热器利用温控仪控温存在一定限制的问题，提出一种基于PLC的PID温度控制装置及方法，利用PLC作为系统的核心元件，运用PID算法编辑电控程序，然后控制其他模块工作实现对温度的精确控制。
为实现上述目的，提出以下技术方案：
一种基于PLC的PID温度控制装置，包括可编程式控制器PLC，所述可编程式控制器PLC电连接有信号输入模块、温度传感器、单相调压模块和电加热器，所述信号输入模块用于接收用户输入的目标温度数值，所述温度传感器实时监测电加热器的工作温度，所述可编程式控制器PLC根据工作温度数据进行PID算法处理，输出电流信号到单相调压模块，所述单相调压模块接收电流信号输出控制电加热器的电压信号。
本发明用户首先在信号输入模块设定好温度数值后，由温度传感器实时监测电加热器的工作温度，可编程式控制器PLC读取温度传感器的温度数据后经过可编程式控制器PLC的程序进行PID算法数据处理，输出电流信号给单相调压模块，单相调压模块接收到电流信号转化输出相对应电压信号给电加热器，在加热器工作的同时温度传感器仍在实时监测温度并不断调整加热器功率直至温度到达设定的温度数值，从而实现对温度的PID闭环控制。
作为优选，所述信号输入模块为触摸屏，所述触摸屏为电阻式触摸屏，所述触摸屏用于设置温度和显示监测的实时温度。
本发明的触摸屏采用西门子SMART700IE系列触摸屏，它属于电阻式触摸屏，具有较好的通讯能力和丰富的扩展模块，且操作简单可靠，用户可在其屏上设置温度和监测实时温度。
作为优选，所述温度传感器采用PT100铂电阻，测温范围-200～600℃，测温精度±0.1℃。本发明这样设置的目的是保证温度采集的精准性。
作为优选，所述可编程式控制器PLC通过开关电源连接到市电端，所述开关电源为信号输入模块供电，所述市电端和开关电源之间设有断路器，所述市电端为电加热器供电。
作为优选，所述电流信号范围为0-20ma。
作为优选，所述单相调压模块的触点开关设置在市电端与电加热器连接的火线上。
一种基于PLC的PID温度控制方法，采用上述的一种基于PLC的PID温度控制装置，包括以下步骤：
获取目标温度值，所述目标温度值由用户输入；
温度传感器实时采集电加热器的工作温度；
可编程式控制器PLC实时读取目标温度值和工作温度；
可编程式控制器PLC根据目标温度值和工作温度通过PID算法数据得到电流信号；
单相调压模块接收到电流信号并转化输出相对应电压信号给电加热器；
电加热器根据电压信号进行加热，同时温度传感器实时采集工作温度，不断调整加热器的功率直至工作温度到达设定的目标温度值。
作为优选，所述PID算法具体包括以下方程式：
其中：M(t)为PID回路的输出值，所述输出值为时间函数；Kc为PID回路的增益，也称为比例常数；e为给定值和过程变量之间的差值；Minitial为PID回路输出的初始值。本发明中比例调节、积分调节、微分调节是PID控制中常用的调节规则，目的旨在完善控制系统，保证系统的偏差值e可以达到给定的指标，使系统变得更加稳定。
本发明的有益效果是：
1、经过PID自整定调节后，能自动计算出比例、积分、微分三个重要参数，即PID参数，此控制方法方便快捷，减少用户大量调试时间。
2、与现有市面上利用温控仪进行温度控制相比，本发明既降低了系统组件成本，又节省了安装空间，且安装接线也较简单。
3、本发明采用上位机触摸屏，可以设定用户所需温度和读取到实时精确温度，结合PLC的核心功能形成对加热器闭环控制，提高系统可靠性、精准性。
附图说明
图1是实施例装置电路拓扑图；
图2是实施例方法流程图。
具体实施方式
实施例：
本实施例提出一种基于PLC的PID温度控制装置，参考图1，包括可编程式控制器PLC，可编程式控制器PLC电连接有信号输入模块、温度传感器、单相调压模块和电加热器，信号输入模块用于接收用户输入的目标温度数值，信号输入模块为触摸屏，触摸屏为电阻式触摸屏，触摸屏用于设置温度和显示监测的实时温度，温度传感器实时监测电加热器的工作温度，可编程式控制器PLC根据工作温度数据进行PID算法处理，输出0-20ma电流信号到单相调压模块，单相调压模块接收电流信号输出控制电加热器的电压信号。可编程式控制器PLC通过开关电源连接到市电端，开关电源为信号输入模块供电，市电端和开关电源之间设有断路器，市电端为电加热器供电。单相调压模块的触点开关设置在市电端与电加热器连接的火线上。温度传感器采用PT100铂电阻，测温范围-200～600℃，测温精度±0.1℃。本发明这样设置的目的是保证温度采集的精准性。
本发明用户首先在信号输入模块设定好温度数值后，由温度传感器实时监测电加热器的工作温度，可编程式控制器PLC读取温度传感器的温度数据后经过可编程式控制器PLC的程序进行PID算法数据处理，输出电流信号给单相调压模块，单相调压模块接收到电流信号转化输出相对应电压信号给电加热器，在加热器工作的同时温度传感器仍在实时监测温度并不断调整加热器功率直至温度到达设定的温度数值，从而实现对温度的PID闭环控制。
本发明的可编程式控制器PLC采用西门子集成式S7-200SMART PLC，为系统的核心模块，运用了其可编程功能，通过模拟量输入输出、数字量输入输出等组件，进行控制其他各个模块的工作情况。
本发明的触摸屏采用西门子SMART700IE系列触摸屏，属于电阻式触摸屏，具有较好的通讯能力和丰富的扩展模块，且操作简单可靠，用户可在其屏上设置温度和监测实时温度。
本发明的单相交流调压模块集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和输出可控硅于一体，当改变控制电压或电流大小，就可改变输出可控硅的触发相角，即实现单相交流电的调压。
本发明的电加热器在得电后通过内部电热丝工作可实现快速升温。
本实施例提出一种基于PLC的PID温度控制方法，采用上述的一种基于PLC的PID温度控制装置，参考图2，包括以下步骤：
获取目标温度值，目标温度值由用户输入；
温度传感器实时采集电加热器的工作温度；
可编程式控制器PLC实时读取目标温度值和工作温度；
可编程式控制器PLC根据目标温度值和工作温度通过PID算法数据得到0-20ma的电流信号；PID算法具体包括以下方程式：
其中：M(t)为PID回路的输出值，输出值为时间函数；Kc为PID回路的增益，也称为比例常数；e为给定值和过程变量之间的差值；Minitial为PID回路输出的初始值。本发明中比例调节、积分调节、微分调节是PID控制中常用的调节规则，目的旨在完善控制系统，保证系统的偏差值e可以达到给定的指标，使系统变得更加稳定。
单相调压模块接收到0-20ma的电流信号并转化输出相对应电压信号给电加热器；电加热器根据电压信号进行加热，同时温度传感器实时采集工作温度，不断调整加热器的功率直至工作温度到达设定的目标温度值。
Claims (8)
1.一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，包括可编程式控制器PLC，所述可编程式控制器PLC电连接有信号输入模块、温度传感器、单相调压模块和电加热器，所述信号输入模块用于接收用户输入的目标温度数值，所述温度传感器实时监测电加热器的工作温度，所述可编程式控制器PLC根据工作温度数据进行PID算法处理，输出电流信号到单相调压模块，所述单相调压模块接收电流信号输出控制电加热器的电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，所述信号输入模块为触摸屏，所述触摸屏为电阻式触摸屏，所述触摸屏用于设置温度和显示监测的实时温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，所述温度传感器采用PT100铂电阻，测温范围-200～600℃，测温精度±0.1℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，所述可编程式控制器PLC通过开关电源连接到市电端，所述开关电源为信号输入模块供电，所述市电端和开关电源之间设有断路器，所述市电端为电加热器供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，所述电流信号范围为0-20ma。
6.根据权利要求4所述的一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，所述单相调压模块的触点开关设置在市电端与电加热器连接的火线上。
7.一种基于PLC的PID温度控制方法，采用权利要求1所述的一种基于PLC的PID温度控制装置，其特征是，包括以下步骤：
获取目标温度值，所述目标温度值由用户输入；
温度传感器实时采集电加热器的工作温度；
可编程式控制器PLC实时读取目标温度值和工作温度；
可编程式控制器PLC根据目标温度值和工作温度通过PID算法数据得到电流信号；
单相调压模块接收到电流信号并转化输出相对应电压信号给电加热器；
电加热器根据电压信号进行加热，同时温度传感器实时采集工作温度，不断调整加热器的功率直至工作温度到达设定的目标温度值。
8.根据权利要求7所述的一种基于PLC的PID温度控制方法，其特征是，所述PID算法具体包括以下方程式：
其中：M(t)为PID回路的输出值，所述输出值为时间函数；Kc为PID回路的增益，也称为比例常数；e为给定值和过程变量之间的差值；Minitial为PID回路输出的初始值。
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