FX2N可编程控制器温度检测与控制系统的设计.doc

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1、FX2N可编程控制器温度检测与控制系统的设计摘要 本文介绍采用了一种FX2N可编程控制器对自动高速吸塑机发热砖模块进行温度检测与控制系统实现功能的设计。在温度控制输出过程中，采用PID控制器，对温度的采集数据进行计算，然后通过可编程控制器输出对发热砖模块间接控制,同时实现数字滤波、触发脉冲等功能。关键词:可编程控制器 温度 检测 控制 PID中图分类号TP271+.4 ，文献标识码 B基金资助: 国家自然基金号码60402003Abstract This paper introduces a system design of temperature measure and control of

2、 the heating modules for High-speed Vacuum Plastic-absorbing Machine with the FX2N PLC. During the outputting of temperature control, process the gathering data of temperature with PID controller. Then control the heating modules with the PLC indirectly, with the function of digital filtering, trigg

3、ering pulse.Key words: PLC temperature measure control PID1 引言随着工业自动化的普及与发展，要求有更加先进、稳定、可靠的监控的设备加入到控制系统中，以完成数据的采集并控制输出设备安全运行。自动高速吸塑成型机是将各类模片吸塑成不同形状的塑料罩从而形成各种物件包装的机械装置。温度检测与控制系统是自动高速吸塑机控制系统的重要的组成部分，是反映吸塑机性能的重要方面，对于吸塑机产品成型质量的提高起着决定性的作用。自动高速吸塑机温度检测与控制系统的功能主要体现在两个方面：（1）塑料模片在成型之前，首先进行恒温加热，系统实现对发热砖模块加热温度进行

4、检测；（2）通过检测到的温度与设定温度相比较，通过输出控制发热砖模块加热时间的长短，保持温度的恒定，消除加热过程中区域温度不恒定的状况，提高产品成型的合格率。2 温度测控系统特点自动高速吸塑机温度控制系统的特点主要有两点：（1）控制的温度要求较高。温度控制要求分辨率不高于0.5，不同区域之间温度要求平衡，且温度控制过程本身具有非线性、时变性、滞后大和不对称等特点。发热砖模块的排列、容量的大小、测温热电偶的及其安装的位置等都影响滞后的大小，这不是一个单一的问题，而是一个系统性的问题。（2）温度控制信号是弱信号，非常容易受到外界噪声的干扰，需要采用适当的抗干扰措施。由于吸塑机中装有大量电磁阀、继电

5、器和电动机等，这些设备的频繁启动，对于温度检测与控制造成极为不利的影响。为了避免干扰信号的侵入，也需要采用相应的措施。3 温度测控系统输入/输出IO点的分配由于此电路温度控制系统属于单回路闭环控制系统， 系统选用的FX2N模拟量输入/输出，每块可处理4路AD输入和4路DA输出。温度测量取8点的平均值作为实际测量值，由触摸屏输入给定温度值。由扩展输出模块的Y21Y26输出触发脉冲，与晶闸管模块相连。同步控制信号采用数字脉冲的形式，由输入端X011输入。内部数据寄存器地址与定时器、计数器分配情况如下表所示：D1000D1007存放A点温度采样值（8次）D1010D1017存放B点温度采样值（8次）

6、D1020D1027存放C点温度采样值（8次）D1030D1037存放D点温度采样值（8次）D1040D1047存放E点温度采样值（8次）D1050D1057存放F点温度采样值（8次）D1060D1067存放G点温度采样值（8次）D1070D1077存放H点温度采样值（8次）D1080D1087存放I点温度采样值（8次）D1090D1097存放J点温度采样值（8次）D1100D1107存放K点温度采样值（8次）D1110D1117存放L点温度采样值（8次）D1120D1127存放M点温度采样值（8次）D1130D1137存放N点温度采样值（8次）D1140D1147存放O点温度采样值（8次）D

7、1200D1214分别存放AO点温度采样平均值D1220D1234分别存放AO点温度给定值D1240D1254分别存放AO点调节基准量D1260D1304分别存放AO点比例分量、积分分量和微分分量D1310D1354分别存放、（）D1360D1374分别存放AO点调节输出量表1内部数据寄存器地址分配表其中：本次给定值与测量值之差值（偏差）；累次偏差之和；（）本次偏差与上次偏差的差值。T200脉冲发生器，产生采样时钟脉冲C10控制采样次数C11控制触发脉冲相位C246双向计数器用作积算器，完成积分运算C247双向计数器用作积算器，完成积分运算表2定时器和计数器分配表每采样8次作为一个计算周期，即

8、数字滤波取8次采样值为一轮，算出平均值后作为每个测量点的实际温度值。采样时间和次数由程序给定。其他如上、下限温度值、比例系数、积分时间常数、微分时间常数、转换系数等，可根据系统的需要，在程序中用立即数的方式给定。154 温度测控系统控制设计与程序流程4.1 系统主程序流程系统启动时，先作初始化处理，采用特殊辅助继电器M8002产生的初始化脉冲，将要使用的内部寄存器清0，计数器复位等。为了方便用户，在万一自调系统出现故障时能使用手动操作，设有工作方式（手动、自动）选择。按下启动的按钮，将工作方式选择开关拨向所选位置，系统即按所选定的工作方式投入运行。系统主程序流程如图1所示。图1 系统主程序流程

9、图4.2 数字滤波程序流程为了简化与减少硬件电路，充分利用可编程控制器的优势，采样取得的数据，采用数字滤波的方法来减少和消除测量信号中的常态干扰，这里采用算术平均值法，即：69其流程图如图2所示。4.3 PID控制程序流程根据对象特性，控制方式采用广泛使用的PID控制，控制算法采用位置式，即：图2 数字滤波程序流程图其中比例系数；，积分系数；，微分系数；采样周期；积分时间常数；微分时间常数。91011比例部分由偏差乘上一个比例系数实现，结果存入D1260；积分由C246、C247正反向计数实现。根据偏差方向，由M50决定作加计数或减计数，结果存入D1264；乘上系数后得出的积分分量存入D126

10、1；微分部分由C246现行值与D1264的差值求得，乘上后存入D126；然后将这三部分迭加，得出控制量，根据温度设置值及模拟量扩展单元增益的不同，往往还须乘上一个转换系数，作为调节输出量，与控制基准量一起作为计算晶闸管导通移相角的依据。其程序流程如图3所示。图3 PID控制算法程序流程图5 同步方式与触发脉冲移相5.1 同步方式为了保证可控硅的正常导通，使主回路能安全正常地工作，由Y21Y26输出的脉冲必须与电网频率保持严格的相应锁定关系，即同步关系。为此，采用将与电网电源同步并保持倍频关系的基本数字脉冲送入可编程控制器输入端的方式，作为内部逻辑控制的信号，控制Y21Y26的输出顺序与输出时间

11、。12135.2 移相移相的完成是在同步开关信号的控制下，由PID控制部分的输出量，加上温度调节基准量进行计算后，得出导电延迟角。由计时电路计时，当达到预定的值时，由Y21Y26轮流输出可控硅触发脉冲，从而起到改变可控硅导通角的目的。对于三相供电的交流电源，六路触发脉冲的每路间隔时间为60电角度，每路可控硅的导电角为（120-）。14166结束语温度检测与控制系统是自动高速吸塑机控制系统中的一个重要方面，其主要目的是完成产品生产的一道工序，提高产品质量，防止出现温度不均衡的现象。温度检测与控制系统的主要功能是在生产过程中对塑料模片进行加热温度的检测与控制温度的恒定。这里主要讨论了温度检测与控制

12、系统的实现功能的设计,特别是在温度控制输出过程中，针对被控对象的精确数学模型难以确定这一情况，采用PID控制器，对温度的采集数据进行计算，然后通过可编程控制器输出对发热砖模块间接控制。参考文献1 何世钧，张路，张驰等.智能温室自动控制系统的设计与应用.河南农业大学学报，2000，第34卷，第4期：3994012 陈桂英，孙鼎城，张建成.PLC在工业燃媒锅炉监控系统中的应用.辽宁大学学报，2000，第27卷，第4期：3443463 王金廉，贾青，谢剑英.用SLC500实现多温区电加热炉的PID解耦控制.测控技术，2001，第20卷，第2期：24264 刁鹏飞. 电加热炉的单神经元自适应PID控制

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