温度控制与检测论文

摘?要 本文主要介绍了基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器的远程温度控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。 关键词 温度控制；PLC；设计 中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0140-01 1 绪论 在现代工业生产中，许多领域都需要对温度进行监控，有很多领域的温度可能较高或较低，人无法靠近或现场无需人力来监控，在现代工业控制中，PLC可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。并且，由PLC组成的控制系统可以方便的改写程序，以适应不同的生产需要，为此，在现阶段设计较为通用的温度控制系统具有重要意义，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。本温控系统通过S7-200系列PLC控制器，将温度传感器检测到的实际炉温转化为电压信号，经过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。 2 系统硬件设计 PLC型号的选择 此系统选用S7-200 CPU226，CPU226集成了24点输入/16点输出，共有40个数字量I/O。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量或35点模拟量I/O。还有13KB程序和数据存储空间空间，6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。配有2个RS485通讯口，具有PPI、MPI和自由方式通讯能力，波特率最高为 kbit/s，可用于较高要求的中小型控制系统。为了能调用编程软件STEP 7 里的PID模块，本文采用CPU226及以上机种。 EM231模拟量输入模块 此次温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成 0 mv～41 mv的电压信号，系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里，我们选用了西门子EM231 4TC模拟量输入模块。EM231热电偶模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型：J、K、E、N、S、T和R型，所有连到模块上的热电偶必须是相同类型，且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。本系统用的是K型热电偶，所以DIP开关SW1～SW8组态为00100000。下表所示为如何使用DIP开关设置EM231模块，开关1、2和3可选择模拟量输入范围。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围。表中，ON为接通，OFF为断开。 系统整体设计方案 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。 3 系统软件设计 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。控制系统方框图如下所示： 图中，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： （G）S=e-τs 式中，K0为对象放大系数；T0为对象时间常数；τ为对象时滞。 K0= 由阶跃响应法求得，K0=；T0=分钟；τ=分钟。 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，将三种方式组合在一起，就是比例积分微分（PID）控制，其数学表达式为 u（t）=Kp[e（t）+∫t0e（t）dt+TD] 式中：KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD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。 PLC程序设计方法 PLC运行时，通过特殊继电器产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值，PID参数值等，存入有关的数据寄存器，使定时器复位；按启动按钮，系统开始温度采样，采样周期为10秒；K型热电偶传感器把所测量的温度进行标准量转换（0-41毫伏）；模拟量输入通道AIW0通过读入0-41毫伏的模拟电压量送入PLC；经过程序计算后得出实际测量的温度T，将T和温度设定值比较，根据偏差计算调整量，发出调节命令。 4 结束语 本文在西门子S7-200系列PLC的基础上，成功设计出了温度控制系统，该系统达到了快、准、稳的效果，也达到了预期的目标。整个系统操作简单，控制方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性，并希望能够促进工业控制领域的发展。 参考文献 [1]齐硕.基于PLC的远程温度控制系统的设计与调试[J].中原工学院信息商务学院,2012. [2]曾贵娥,邱丽,朱学峰.PID控制器参数整定主法的仿真与实验研究[J].石油化工自化,2005. [3]刘继修.PLC应用系统设计[J].福建科技出版社,2007. 作者简介 安邦（1982—），男，吉林省吉林市人，本科，助工，大唐长春第二热电有限公司，研究方向：电气自动化。

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摘要本设计的温度测量计加热控制系统以AT89S52单片机为核心部件，外加温度采集电路、键盘显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传感器DSI8B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制的开关器件。本作品既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到用户需要的温度，并使其恒定再这一温度。人性化的行列式键盘设计使设置温度简单快速，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。建立在模糊控制理论控制上的控制算法，是控制精度完全能满足一般社会生产的要求。通过对系统软件和硬件设计的合理规划，发挥单片机自身集成众多系统及功能单元的优势，再不减少功能的前提下有效的降低了硬件的成本，系统操控更简便。实验证明该温控系统能达到℃的静态误差，℃的控制精度，以及只有％的超调量，因本设计具有很高的可靠性和稳定性。关键词：单片机 恒温控制 模糊控制引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。 采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。MSP430系列单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。在单片机中对信号进行采样，为进一步提高测量精度，采样后对信号再进行数字滤波。单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。图形点阵式液晶可显示用户自定义的任意符号和图形,并可卷动显示,它作为便携式单片机系统人机交互界面的重要组成部分被广泛应用于实时检测和显示的仪器仪表中。支持汉字显示的图形点阵液晶在现代单片机应用系统中是一种十分常用的显示设备,汉字BP机、手机上的显示屏就是图形点阵液晶。它与行列式小键盘组成了现代单片机应用系统中最常用的人机交互界面。本文设计了一种基于MSP430单片机的温度测量和控制装置，能对环境温度进行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执行机构，实现调节环境温度的目的。━、硬件设计1：MSP430系列单片机简介及选型单片机即微控制器，自其开发以来，取得了飞速的发展。单片机控制系统在工业、交通、医疗等领域的应用越来越广泛，在单片机未开发之前，电子产品只能由复杂的模拟电路来实现，不仅体积大，成本高，长期使用后元件老化，控制精度大大降低，单片机开发以后，控制系统变为智能化了，只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。特别是嵌入式技术的发展，必将为单片机的发展提供更广阔的发展空间，近年来，由于超低功耗技术的开发，又出现了低功耗单片机，如MSP430系列、ZK系列等，其中的MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）的一种16位超低功耗单片机，该单片机