一种基于PLC的智能温度控制系统设计.pdf

2 0 1 5年 1 1月 第 4 4卷 第 1 1 期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e D e s i g n a n d Manu f a c t u r i n g E n g i n e e r i n g NO V． 2 01 5 Vo l _ 4 4 No ．1 1 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 5 0 9 X ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 1 1 一 种基于 P L C的智能温 度控 制系统设计 柏承 宇 西安铁路职业技术学院牵引动力系， 陕西 西安7 1 0 0 1 4 摘要 针对传统可编程逻辑控制 器智能温控中温度非线性 变化问题 ， 提 出了一种 区别于传统模糊 比例积分微分的可编程逻辑控制器温控方式， 即通过在 线实时整 定模糊比例积分微 分中的 3个 参数， 使得3个参数在不影响系统正常运行的前提下， 随着被控对象变化而做出相应的调整。 以 此实现对任意温度下的温度智能控 制。最后借 助编程软件设计 自适应模糊 比例积分微分控制 器， 并对系统相关的硬件和软件进行详细设计， 实现 了对温度的智能化控制， 拓展 了温控 系统应 用 。 关键词 可编程逻辑控制器； 温控 系统； 比例积分微分； 模糊参数 ； 西门子 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 5 1 1 0 0 4 8 0 3 温度控制作为工业应用的重点 ， 控制精确度将 直接决定工业产品的质量 。温度控制因产 品工艺 不同存在着众多不确定的因素 ， 由此诞生了基于可 编程逻辑控制器 P L C 的温控系统 ， 并广泛应用在 工业生产领域 中。但 随着应用的深入 ， 发现传统 比 例积 分 微 分 p r o p o r t i o n i n t e g r a t i o n d i f f e r e n t i a t i o n ． P I D 控制对 温度 的控制效果差 ， 主要原 因在于传 统 P I D将温度变化定义为线性变化 ， 而实际应用 中 温度的变化是非线性 的。因此 ， 需要采取更为先进 的控制算法来提高温度控制的质量 ， 如神经 网络、 参数整定 、 积分分离等 ， 如董文波H 根据常规 P I D 自适应存在 的缺点 ， 设计 出基于 R B F的 P I D整定 控制器 ， 仿真结果显示效果 良好 。考虑到 R B F r a ． d i a l b a s i s f u n c t i o n 算法存在计算复杂、 耗费资源多 等缺点 ， 笔者从温度变化关系人手 ， 设计 了一种基 于参数 自整定 P I D控制算法的控制器。 l 受控对象数学模型 本系统的设计以烘干炉为例 ， 构建具体的数学 模型 。烘干炉作为一种简易的加热装置， 具有 自平 衡能力。因此 ， 对受控对象模型的数学描述可采用 一 阶系统纯滞后环节表示 ， 最后通过拉斯变换得到 式 1 。 一 G s 1 式中 G s 为被控对象； K为被控对象静态增益； 丁 为纯滞后时间； T为时间常数。 同时结合飞升曲线方法， 根据炉温拟合 曲线求 解出式 1 模 型 的 3个参 数 放大 倍数 K 4； 丁 i 2 0s≤r ≤ “T m a 8 0 s； i 1 0 0s ≤T ≤ Tm 3 0 0s 。 2 基于 自适应模糊 P I D控制算法 2 ． 1 传统 P I D控制算法 传统 P I D控制中， 通常对偏差信号进行 比例 、 积分和微分运算 ， 得到输 出值 t ， 具体的原理如 图 1 所示 。 图 1 传 统 P I D控 制 原 理 图 由于该控制方法原理简单， 因此被广泛应用在 工业控制中， 但实践表 明， 传统 P I D算法用在线性 关系中效果 良好 ， 用在非线 性控制 中则效果 不明 显 。 2 ． 2 模糊 自适应 P I D算法 由于传统的P I D控制算法体现的是线性关系， 不易对烘干炉温度进行控制， 因此本文引入模糊 自 适 应 P I D算 法 。 模 糊 自适应 P I D控制 的原 理是 找 收稿 日期 2 0 1 5 0 91 4 作者简介 柏承宇 1 9 8 2 一 ， 男 ， 陕西西安人 ， 西安铁路职业技术学院讲师 ， 工程硕士 ， 主要从事电学方向的教学工作 。 4 8