CN203433328U

CN203433328U - 壁纸温度一体式控制系统

Info

Publication number: CN203433328U
Application number: CN201320539056.5U
Authority: CN
Inventors: 刘博�; 杨智江; 席晓哲; 刘宗建
Original assignee: Xi'an Hangtian Huayang Printing Package Equipment Co Ltd
Current assignee: Xi'an Hangtian Huayang Printing Package Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2023-08-30

Abstract

壁纸温度一体式控制系统，包括可编程控制器PLC、模拟量输入模块、模拟量输出模块和数字量输出模块且依次连接，可编程控制器与人机界面连接，模拟量输入模块与温度传感器连接，模拟量输出模块与热油阀连接，数字量输出模块与加热继电器连接，加热继电器通过接触器与加热管连接；模拟量输入模块采集温度传感器的信号，并将其转换为数字量信号，传送给PLC用于计算；模拟量输出模块利用输出的模拟量控制热油阀开合程度，调节进入散热器的热油量；数字量输出模块通过加热继电器控制接触器，实现打开或者关断加热管。本实用新型实现了自动化精准控制，操作简单，控制温度稳定、快速、准确，减少了废品率，提高了生产效益。

Description

壁纸温度一体式控制系统

技术领域

本实用新型属于壁纸印刷电气控制技术领域，涉及一种壁纸温度一体式控制系统。

背景技术

温度是各种工业生产和科学实验中最普遍、也是最重要的热工参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有着极为重要的地位，温度控制的精度对产品或实验结果会产生重大的影响。特别是在印刷、包装、冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，采用的加热方式，所用的燃料，以及控制方案都有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，燃料有煤气、天然气、油、电等。

现有壁纸温度控制系统采用温度控制器加温度传感器进行控制，操作复杂，控制精度低，且对操作人员要求较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种壁纸温度一体式控制系统，解决现有技术存在的操作复杂且控制精度低的问题。

本实用新型的技术方案是，壁纸温度一体式控制系统，包括可编程控制器PLC、模拟量输入模块、模拟量输出模块和数字量输出模块且依次连接，可编程控制器与人机界面连接，模拟量输入模块与温度传感器连接，模拟量输出模块与热油阀连接，数字量输出模块与加热继电器连接，加热继电器通过接触器与加热管连接；模拟量输入模块采集温度传感器的信号，并将其转换为数字量信号，传送给PLC用于计算；模拟量输出模块利用输出的模拟量控制热油阀开合程度，调节进入散热器的热油量；数字量输出模块通过加热继电器控制接触器，实现打开或者关断加热管。

本实用新型的特点还在于：

可编程控制器PLC为西门子S7-1200可编程序控制器。

温度传感器安装在烘箱内。

热油阀安装在通往散热器的油路管道上。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型可编程控制器PLC进行标志码传输包PID精准控制，将之前分散在各个操作面板的按钮及温控表去掉，所有操作均在人机界面上实现，大大的节省了安装空间及购买电气元件的成本，从而实现温度模块化一体式集中控制。经过PID精准调节后的温度可以达到正负0.2摄氏度，较之以前使用温控表时精度为正负1摄氏度有了很大提高。

2、本实用新型温度控制的模式采用可编程控制器PLC，可靠性高，抗干扰能力强，反应速度快，超调量小，调节迅速，精度高，易学易用。

3、本实用新型实现了自动化精准控制，操作简单，控制温度稳定、快速、准确，减少了废品率，提高了生产效益。

4、本实用新型自动化程度高，生产成本低，系统稳定，易于操作。

附图说明

图1是本实用新型壁纸温度一体式控制系统结构示意图；

图2是本实用新型壁纸温度一体式控制系统的PID结构模块；

图3是本实用新型壁纸温度一体式控制系统的人机界面图。

图中，1.人机界面，2.温度传感器，3热油阀，4.加热继电器，5.接触器，6.加热管，7.可编程控制器，8.模拟量输入，9.模拟量输出，10.数字量输出。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

壁纸温度一体式控制系统，参见图1，包括可编程控制器7即PLC、模拟量输入模块8、模拟量输出模块9和数字量输出模块10且依次连接，可编程控制器7与人机界面1连接，模拟量输入模块8与温度传感器2连接，模拟量输出模块9与热油阀3连接，数字量输出模块10与加热继电器4连接，加热继电器4通过接触器5与加热管6连接；模拟量输入模块8采集温度传感器2的信号，并将其转换为数字量信号，传送给PLC用于计算；模拟量输出模块9利用输出的模拟量控制热油阀3开合程度，调节进入散热器的热油量；数字量输出模块10通过加热继电器4控制接触器5，实现打开或者关断加热管6。

实施例，壁纸温度一体式控制系统，PLC与人机界面1连接；温度传感器2与模拟量输入模块8连接，模拟量输入模块8采集温度传感器2的信号，并将其转换为数字量信号，传送给PLC用于计算。热油阀3与模拟量输出模块9连接，利用输出的模拟量控制热油阀3开合程度，调节进入散热器的热油量，通过散热器加热空气，将热空气送至烘箱，加热印刷材料。加热继电器4与数字量输出模块10连接，由继电器4再来控制接触器5的接通和关断，实现打开或者关断加热管6。加热继电器4与接触器5连接，用于控制加热接触器5；接触器5与加热管6连接，用于控制加热管6工作与停止。

PLC选用西门子S7-1200可编程序控制器。

温度传感器2装在每组烘箱内，用于测量烘箱内的温度。

热油阀3装在通往散热器的油路管道上。热油在散热器内加热空气，通过通风管道将热风输送到烘箱内。

本实用新型的工作原理是：

1）对温度传感器信号的采集：热电阻作为温度传感器将当前的实际温度转变成电信号，再通过PLC的模拟量输入端将传回来的电信号传送给PLC用于计算。对PLC进行编程，可以设定目标温度，然后通过PID算法调节PLC的模拟量输出，控制热油阀的开合程度，调节进入散热器的热油量，使烘箱内的实际温度逐渐趋近于目标温度。

2）对温度的控制：采用PID进行控制，PID调节器控制原理如下：

M (t) = Kc \times e + Kc {&Integral;}_{0}^{t} edt + M_{initial} + Kc \times \frac{de}{dt}

以上各量都是连续量，第一项为比例项，最后一项是微分项，中间两项是积分项。使用中只需设定三个参数（Kc，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。

e是回路误差；K_c比例项增益；M_initial为PID回路输出的初始值；T_i为积分时间常数，T_D为微分时间常数。

下面对上述算式离散化为周期采样偏差算式，同时各信号也要离散化，离散表达式为：

Mn = K_{c} \times e_{n} + K_{1} Σ_{i = 1}^{n} e_{i} + M_{initial} + K_{D} \times (e_{n} - e_{n - 1})

利用计算机处理的迭代运算，即可以简化以上表达式为：

Mn＝K_c×e_n+K₁×e_n+M_X+K_D×(e_n-e_n-1)

在对上式进行组合简化，可得到公式：

Mn＝MP_n+MI_n+MD_n

MP_n＝K_c×(SP_n-PV_n)

MIn＝K_c×(Ts÷Ti)×(SPn-PVn)+M_X

MD_n＝K_c×(T_D÷T_S)×(PV_n-1-PV_n)

M_n、MP_n、MI_n、MD_n为第n个采样时刻的计算值、比例项值、积分项值、微分项值。

上式中PV_n为过程变量，SP_n给定量，M_n控制量，K_c比例项增益，T_s为采样时间，T_i为积分时间常数，T_D为微分时间常数，M_X为积分项前项，PV_n-1为上次PID运算的过程变量值。

K_c是比例系数，比例调节对偏差e是即时响应的，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化，其作用强弱取决于K_c，K_c尽可能调高，一个较大的K_c可使调节回路既快又精确，但过高的K_c值可导致超调甚至振荡(不稳定)。

积分的作用是消除比例调节器中残存的静态误差，只要偏差不为零，它将通过累积作用影响控制量，以求减小偏差，当偏差为零时，控制量不再变化，系统才能达到稳态。T_i是积分时间，反映了控制器积分作用的强弱，T_i大积分作用弱，T_i小积分作用强。

微分调节是在偏差变化时起作用的，它根据偏差的变化率来调节，偏差变化越快，微分控制量越大，所以在比例作用的基础上增加微分作用将使系统过度过程的振荡程度降低，提高系统的动态稳定性，改善系统的动态性能。但微分作用不能太强，即T_D不能太大，否则会因反应速度太快引起系统剧烈振荡。

本实用新型利用了上述的PID算法，将温度传感器采样输入作为当前输入，然后与设定值进行相减得偏差，再对偏差进行PID运算产生输出结果，然后让输出结果控制定时器的时间进而控制加热器。为了方便PID运算，建立一个PID的结构体数据类型，该数据类型用于保存PID运算所需要的P、I、D系数，以及设定值，历史误差的累加和等信息。

本实用新型壁纸温度一体式控制系统集中控制的PID配置步骤如下：

1、进入PID配置向导；

2、选择要配置的PID回路；

3、设置回路参数；

4、设置回路的输入/输出选项；

5、设置回路的报警选项；

6、为配置分配存储区；

7、指定子程序和中断程序；

8、生成PID代码完成配置。

配置好的PID如图2所示：

1.PID_Compact_1：PID数据块命名

2.“Tag_1”：加热开关

3.“Setvalue_temp”：设定温度

4.“Feedback”：实际温度即传感器温度

5.“Pid1_rst”：出现错误时，进行快速复位

6.“Tag_2”：热油阀

本实用新型壁纸温度一体式控制系统经过PID整定，温度精度比之前更高，加热效果理想。

1）对热油阀的控制：

对热油阀的控制是通过S7-1200PLC控制器中模拟量输出模块转换,将数字量转换为电流信号4-20MA输出来控制热油阀。

2）对加热管的控制

对加热管的控制是使用S7-1200PLC控制器中的继电器类型的输出来控制外接继电器，由外接继电器控制加热接触器的ON/OFF，由接触器来控制加热管的工作状态。

5）对人机界面的编制

本实用新型壁纸温度一体式控制系统的人机界面选用西门子型号为MP277的10寸触摸屏，如图3所示，PV为当前温度显示，SV为设定温度，开启热风开关和加热开关后，对材料所需要的温度进行设定，加热过程开始启动。所有温控操作集成在一个画面中，既节省了安装空间，也使得操作更加简单、容易。

Claims

1.壁纸温度一体式控制系统，其特征在于：包括可编程控制器（7）、模拟量输入模块（8）、模拟量输出模块（9）和数字量输出模块（10）且依次连接，所述可编程控制器（7）与人机界面（1）连接，所述模拟量输入模块（8）与温度传感器（2）连接，所述模拟量输出模块（9）与热油阀（3）连接，所述数字量输出模块（10）与加热继电器（4）连接，所述加热继电器（4）通过接触器（5）与加热管（6）连接；所述模拟量输入模块（8）采集温度传感器（2）的信号，并将其转换为数字量信号，传送给所述可编程控制器（7）用于计算；所述模拟量输出模块（9）利用输出的模拟量控制热油阀（3）开合程度，调节进入散热器的热油量；所述数字量输出模块（10）通过所述加热继电器（4）控制所述接触器（5），实现打开或者关断所述加热管（6）。

2.如权利要求1所述的壁纸温度一体式控制系统，其特征在于：所述可编程控制器（7）为西门子S7-1200可编程序控制器。

3.如权利要求1或2所述的壁纸温度一体式控制系统，其特征在于：所述温度传感器（2）安装在烘箱内。

4.如权利要求3所述的壁纸温度一体式控制系统，其特征在于：所述热油阀（3）安装在通往散热器的油路管道上。