PLC控制的热封机温度控制系统开发与研究.pdf

I 訇 化 P L C 控制的热封机温度控制系统开发与研究 St udy on t em per at ur e cont r ol s ys t em of heat seal i ng m achi ne bas ed on PLC 王龙，曹恒，陈诚，曾繁俊，方明周 WAN G L o n g ，CA O H e n g ，CHE N Ch e n g ，Z E N G F a n - j u n ，F AN G Mi n g ． z h o u 华东理工大学 机械与动力工程学院，上海 2 0 0 2 3 7 摘 要 为了能够精确控制飞机隔音棉热封机大直线段长度压合时的封口质量。该系统提出使用快速 响应的热电偶采集温度信号，进行实时监测与反馈控制，同时使用脉冲式数字直流电源 ， 将 误差信号送人PI D 控制器进行运算 ，再通过s 7 2 0 0 P L C 控制加热电源的输出电压，从而改变 镍铬丝的加热温度。试验结果表明，该方法能够消除系统的各种外界干扰因素 ，稳定控ff 3 U ； O 热温度和加热时间，有效的提高了响应速度和控制精度。该系统确保了隔音棉的封口加工质 量，具有较好的实用价值。 关键词隔音棉；镍铬丝；温度控制；PID；P L C 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 5 0 1 1- -0 0 0 7 -0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 1 I- ． 0 3 0 引言 迄今为止 ，无 论是大直线尺寸 的脉冲热封机 还是一般用途 的脉冲热封机 ，国外 产品仅仅有 几 家大公 司产 品有温度传感器 ，而 国内产品基本均 不安装温度传感器 。这是 因为在大 多数热封材料 加工应用场合都不需要热封温度监测u 。在飞机 隔 音棉热封 的场合 ，由于热封温度对 于隔音棉的封 口质量起着至关重要的作用口 】 ，因此加热镍铬丝的 温度控制是整个加工过程 的关键所在 ，必 须对其 进行实时监测 。 另外 ，由于隔音棉封 口长度长达4 m，加热温 度高达2 0 0 ℃以上，加热电流至少1 5 0 A，且隔音棉 的整个封合过程最 多持续 几十秒 ，相比于 常见的 温度控制 系统 ，对整条加热镍铬丝 的温度场分布 和相应的温度升降变化都提出了较高的要求【制 ，所 允许 的调节时 间也 只有 几秒 ，尤其升温速 度要求 较快 ，因此对控制系统提出了较严格的要求 。 为了满足上述条件，该 系统提 出了基于P I D算 法的理论基础 ，建立 了由P L C和触摸屏组成的前馈 与补偿反馈相结合 的温度控制系统 J ，能够实现对 温 度的实时监控、稳定控制 、超温报警 以及 自动 处理 ，极大地提高了工作效率 ，加快 了系统的响 应速度 ，解决 了加工过程 中的慢热迟滞效应 ，从 而确保了隔音棉的封 口质量。 1 热封机温度控制系统硬件设计 1 ． 1系统硬件组成 热封机温度控制 系统 的硬件接线和实物分别 如图1 和图2 所示 。系统主要 由S 7 2 0 0 P L C、S ma r t 1 0 0 0 触摸屏 、热 电偶模块 、模拟输 出模块 、镍铬 丝电阻、OME GA 热电偶 、受控式脉冲数字 电源以 及其他一些附属部件组成。 电偶 图1 硬件接 线图 S 7 2 0 0 系列P L C 是西门子公司所产的应用于工 业生产制造 的小型编程控制器 ，本 系统选用2 2 6 系 列 的普通 晶体 管输入输 出的C P U，内置有 自整定 的P I D控制器，性能优 良。 收稿日期2 0 1 4 - 0 9 - 0 1 基金项目上海市科委基金资助项 目 1 1 D Z 2 2 9 0 5 0 0 ；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 2 0 1 0 0 0 7 4 1 1 0 0 0 5 作者简介王龙 1 9 8 8一，男，浙江台州人，硕士研究生，研究方向为智能传感测控理论与技术以及状态监测系统。 第3 7 卷第1 期2 0 1 5 0 1 上 【 7 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 理 想曲线，其原 因是镍铬丝的 电阻率会随着温度 的上升 而增大 。在低温阶段 ，由于 电阻率的增大 还 较小 ，对 系统 的影 响不大 。但随着温度的继续 升 高 ，电阻增大就不能再忽略 ，而在模型 中没有 加入这一环节 ，因此导致 同样 的加热功率没有提 升相应的温度，表现 为温度 的上升斜率较慢 ，但 系统本身 良好的动态特性弥补了该不足，取得了预 期的实验结果，达到了提高温度控制精度的 目的。 4 结束语 在镍铬丝加热 电阻的瞬时热平衡方程的基础 上 ，通过拉普拉 斯变换 ，研 究建立 了镍铬丝 的加 热数学模型。再使用P I D实时算法建立控制模型， 并通过补偿反馈和前馈相结合 的方法 ，解决 了温 控 系统 的 响应速 度和 超调 问题 。最 后基 于 该模 型，使用P L C 硬件建立了完整的温控系统 。实验结 果表 明本设计不仅能够消除系统 的稳 态误差 ，同 时兼顾 了快速响应和低超调量 的要求，有效提高 了温度控制精度，确保了隔音棉的封 口质量 ，具 有重要的应用价值和实际意义。 参考文献 【 1 】花福 安， 李 建平， 赵志 国， 等． 冷轧薄 板试样 电阻加热过 程 分析【 J 1 ． 东北大学学报， 2 0 0 3 ， 2 8 9 1 2 7 8 1 2 7 9 ． 【 2 】李昂． 积分分离P I D控制算法在P L C炉温控制系统中的应 用【 J 】 ． 电子设计工程， 2 0 1 3 ， 2 1 2 4 5 4 5 5 ． 【 3 】敖雯青， 王寿增， 张晋． 电阻式加热炉温控制数理模型研究 【 J 1 ． 工业炉， 2 0 1 2 ， 3 4 1 3 7 3 8 ． [ 4 】张晓年． 线绕电阻器表面温升与功率关系的分析【 J 1 ． 中国 电子商情 基础电子， 2 0 1 2 3 7 0 7 1 ． 【 5 】Hu h H， Ka n g W J ． E l e c t r o t h e r ma l a n a l y s i s o f e l e c t r i c r e s i s t a n c e s p o t we l d i n g p r o c e s s e s b y a 3 - D fin i t e e l e me n t me t h o d [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y ， 1 9 9 7， 63 6 72 67 7． 【 6 】B E C K J V ， B L A C K WE I L B ，HA J I S H E I K H A． C o mp a r i s o n o f s o me i n v e r s e h e a t c o n d u c t i o n me t h o d s u s i n g e x p e r i me n t a l d a t a [ J ] ．He a t Ma s s T r a n s f e r ． 1 9 9 6 3 6 4 9 ． 3 6 5 7 ． {矗‘ 重‘| 矗l‘．I ． 童‘ 童‘| 矗 ‘． 重‘| ■．j ． j出‘ 童‘ ． 毫 蠢1．， 蠡‘ 蠡‘ 矗‘a ．皇 1．．{＆‘{矗‘ ＆‘ {＆● {童● j童● 【 上接第3 页】 参考文献 【 1 】丁 学 明， 张培 仁， 杨兴 明 ， 徐 勇 明． 基于 单一 输入 法 的 两 轮 移 动 式 倒 立 摆 运 动 控 制 [ J 】 ． 系统 仿 真 学 报 ． 2 0 0 4 1 1 2 6 1 8 1 6 2 1 ． 【 2 】蒋海琳， 靳东明． 基于基因算法的模糊控制研究【 J 】 ． 电子 学报 ．2 0 0 2 5 6 7 6 6 7 9 ． [ 3 】J ． Yi ， N． Yu b a z a k i ．S t a b i l i z a t i o n f u z z y c o n t r o l o f i n v e r t e d p e n d u l u m s y s t e ms [ J ] ． A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e i n E n g i n e e r i n g ． 2 0 0 0 1 4 1 5 3 - 1 6 3 ． 【 4 】方子帆 ， 向兵飞 ， 舒 文辉． 基于单 一输 入规则 的半 主动悬 架模糊控制方法研究[ J 】 ． 三峡大学学报 自然科学版 ． 2 0 1 1 1 0 5 8 6 2 ． [ 1 0 1 第3 7 卷第1 期2 0 1 5 0 1 上 【 5 】曾志新， 邹海 明， 李伟 光． 倒 立摆 的建 模及MAT L A B仿真 [ J 】 ．新技术新工艺．2 0 0 5 1 0 1 6 1 8 ． [ 6 1翟龙余 ． 一级倒 立摆 模型 的建 立【 J 】 ． 大众科 技 ． 2 0 1 1 8 2 68 2 70． f 7 】陈振峰， 张鹏， 蔡毓峰， 丁莉芬． 基于模糊控制技术的倒立 摆控制[ J ] ． 中国民航 学院学．2 0 0 4 1 2 1 1 - 1 4 ． 【 8 】黄美， 张禾． 倒立摆模糊 控制器研 究[ J ] ． 现代 电子技术 测 试 测量咱 动化 ． 2 0 1 0 7 1 3 5 1 3 8 ． [ 9 】9 罗忠， 史志 勇， 胡鹏 ， 柳 洪义． 直线倒立 摆 系统 控制特性 的 影 响因 素分 析与 实验 [ J 】 ． 东北 大学 学报 自然科 学版 ． 2 0 1 1 4 5 5 9 5 6 2 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m