PLC和模糊PID在退火炉温控系统中的应用
模糊控制在退火炉炉温控制中的应用
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１ 退 火 炉 模 糊 控 制 系 统 及 模 糊 控 制 器
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图 １ 退 火 炉 温 度 模 糊 控 制 系 统 框 图
对 退 火 炉 燃 烧 过 程 的 控 制 ， 求 维 持 稳 定 的 温 要 度 以满 足 生产 工 艺 的要 求 ， 证 钢 材 退 火 质量 ， 在 保 并
收 稿 日期 ： ０ １ １ － ０ ２ 基 本 结 构 框 图
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控 制 技 术 引入 到 神 经 网 络 中 ， 以 大 大 拓 宽 其 信 息 可 处理能力 ； 与遗 传算 法 结 合 可 以增 强 系统 的 鲁 棒 性
和 自适 应 性 。 退 火 炉 炉 温 控 制 系 统 是 “ 惯 性 ” 大 大 “ 滞后” 系统 ， 种 系 统 精 确 数 学 模 型 很 难 得 到 ， 模 这 而
模糊PID控制在温度控制系统的应用
广 义被 控 对 象 的 阶跃 响应 可 用 一 阶 惯性 环 节 加 纯 滞 后 延 迟 来 近
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宗素 兰
（ 安徽 工业大学电气信息学院， 安徽 马鞍 山 ２ ３ ０ ） ４ ０ ２
PLC的PID控制在温度控制系统中的应用
PLC的PID控制在温度控制系统中的应用摘要：目前现代工业自动化控制领域中温度控制系统在大范围得实现与应用，可编程控制器即PLC的PID控制在该系统的应用。
这些应用主要用在比如钢铁厂、化工厂、冶炼厂等加热锅炉控制系统的中。
控制加热炉体的温度曲线，采用温控表或者PLC做为主要的核心。
当然采用PLC控制方式是最佳的选择，系统采用PLC对加热炉体进行温度,能够大幅提高生产的效率和提高系统的稳定性。
关键词：PLC；温度控制；PID；温度传感器计算机控制技术的快速发展，将导致传统继电器控制技术被淘汰，取而代之的将是PLC控制技术。
基于PLC的温度控制系统采用内部编程的方式替代外部逻辑控制，而且在PLC控制器中扩充了PID控制功能，因此，在逻辑控制与PID控制混合的过程控制系统中采用PLC控制是较为合理的加热炉温度控制系统是目前比较常见和典型的过程控制系统。
1温度控制系统研究现状传统的加热炉体的温度控制系统，主要通过使用继电器来控制加热，其控制柜的接线比较复杂，而且系统的运行故障率比较高，再加上耗电量也比较大，在不能采用比较传统的继电器控制方式来控制温度。
经过工业革命的技术发展，可编程控制器PLC可以完美代替继电器来控制工业生产过程中的温度。
PLC是一个集成的控制器，它本身就具有自动处理模拟信号、数字信号和工业网络的处理能力，正因为这个优点，PLC在我国的温度控制系统加热生产中得到大幅的应用与实现，所以PLC逐渐能够在过程控制中得到应用。
PLC能够应用在远程的控制系统与现地控制系统，同时具有应用面相当广，可靠性也相当高，编程相当简单的特点。
PLC具有开关量控制输出也就是具有继电器控制功能的特点，同时具备各种模拟信号的采集，以及各种高功能模块的数据输入与控制，将开关量信号与模拟量信号综合为一体，实现远程控制，开环控制，闭环控制等控制能力，能够适应各种复杂生产工艺与自动化生产线。
PLC在配合人机界面的操作界面的应用，在实现工业自动化生产中加热炉的温度控制系统将起到关键的作用，实现与满足加热控制工艺的需要。
一种模糊PID算法在温度控制系统的应用
图１ 模糊ＰＩＤ控制器的结构图
本控制系统采用铂热电阻（PT100）温度传感器用于检测锅炉的实际温度，通过转换器转换成电信号，再经过温
度检测模块转换成相应的数字信号送到处理器（西门子S7-200），利用组态软件（MCGS）的界面显示温度值，通过与给定的温度值进行比较，采用模糊PID控制算法进行计算和处理，经过控制输出器得到三条输出控制信号，从而实现对锅炉温度的连续控制。
假设锅炉温度为20℃～80℃，因此E≥50℃，模糊控
图２ 三种控制方法的仿真曲线图
黄色曲线为传统PID控制响应结果，紫色曲线为模糊控制的响应结果，绿色曲线为模糊 PID控制响应结果。
从图中可以看出基于模糊PID控制器的系统的指标为：调节时间Ts=300秒，稳态误差ess=0。
由三者的曲线对比可看出，采用模糊PID的方法来控制
图３ 控制系统组态仿真图
（下转第65页）。
模糊PID控制器及其在温度控制中的应用
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引言
模糊控制与经典 BCD 进行不同形式的结合构成复
则， 并对由于模糊量化使常规模糊控制器丢失的信息 进行了补偿， 因此可增强控制系统的鲁棒性、 自适应能 力和提高控制精度， 避免了普通 BCD 模糊控制器在模 “毛刺” ， 使系统 糊控制和 BCD 控制之间切换时产生的 性能得以提高和完善。
这类模糊控制理论上能够很好地 合模糊 BCD 控制器， 消除极限环振荡。但是， 它们之间切换时容易产生高 频 “毛刺” （特别是 BCD 切换回模糊控制时） ， 或者难于 选取和协调模糊控制与 BCD 控制参数。另外， 如果在 控制规则中直接引进积分作用形成三维纯 BCD 型模糊 控制器， 这类方法虽然能够在某种程度上减少余差， 但 是它们以动态性能变坏为代价， 无法保证消除极限环 振荡现象， 需要急剧增加控制规则数 （同时规则难以总 结、 量化因子和比例因子难以确定） 从而相应地增加模
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万方数据
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高精度模糊 "#$ 控制器及其在温度控制中的应用 刺” 现象。使得系统性能得以提高。在整个系统的控 制过程中首先是以规则库 ! 为前件控制系统， 以使系 统控制具有较强的鲁棒性和系统响应的快速性。在系 统响应接 近 稳 态 值 时， 是 以 !、 " 两个规则库控制系 统。实现变积分系数的模糊 #$% 控制。这两个规则库 之间虽有先后但无优先级， 由于在解模糊化处理之后， 即 !" & !# ’ !$ ， 因此需将 采用了 !、 " 输出合并叠加法， 把这所有规则对应的输出值根据实际应用加以细致调 整， 从而使得这所有的控制规则能够自然而然的融为 一个整体。
基于PLC的模糊PID温度控制系统的应用研究【开题报告】
毕业设计开题报告电气工程与自动化基于PLC的模糊PID温度控制系统的应用研究一、选题的背景与意义随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。
现代锅炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为锅炉的自动化提供了有利条件。
锅炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。
目前，锅炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。
实现锅炉自动化能够提高锅炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。
锅炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。
锅炉设备是一个复杂的控制对象，燃气燃油锅炉主要输入变量包括负荷、给水、燃料量、送风和引风量等，主要调节变量包括水位、温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等；电加热锅炉主要输入变量包括负荷、锅炉给水和电阻丝电压等，主要调节变量包括水位和温度等。
锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。
锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。
在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。
即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。
控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。
串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。
在锅炉自动控制系统中，除了应用基于反馈控制原理而设计的各种调节器系统以外，计算机技术的应用也越来越普及。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
基于模糊控制的PLC在温度控制中的应用
基于模糊控制的PL C在温度控制中的应用张雪平1 王志斌21.宜宾学院2.四川大学 摘要:结合工业电炉的温度控制,介绍了一种基于模糊控制的PL C温度控制系统。
该系统克服了传统的位式调节器和P I D调节器超调大的缺点,充分发挥PL C控制灵活、编程方便、适应性强的优点,提高了控制的精确度。
关键词:模糊控制 PL C 温度控制Appl ica tion of the Fuzzy Con trol Ba sed on PLCi n Te m pera ture Con trolZhang Xuep ing W ang Zh ib inAbstract:Jo ining temperature contro l of the industry electric stove,th is paper introduces a k ind system of fuzzy contro ller based on PL C in temperature contro l.T he system overcom es w eakness of super adjusting w ithtraditi onal regulato r and P I D regulato r,it has advantages contro l flexible,p rogramm ing convenient,adap table,increases the accuracy of the contro l.Keywords:fuzzy contro l PL C temperature contro l1 引言温度控制是工业生产过程中很重要的一种控制。
温度控制系统一般具有大惯性、大延时的特点。
在工业控制中,温度系统的数学模型难以确切建立。
工业现场对温度控制,常用有位式调节器和P I D控制器等。
位式调节器作为一种温度控制仪表,具有一些无法消除的缺陷,当炉温大于给定值时不加电压,会导致超调大,常有控制精度差或出现失控;模拟式P I D或数字式P I D有较好的控制效果,但工作条件在大范围内变化时,P I D控制器的参数难以确定,使P I D控制器不能总是处于最佳状态,而且在控制过程中将发生大的超调。
模糊控制在温度控制系统中的应用与发展1
模糊控制在温度控制系统中的应用与发展高喜滨(上海理工大学)摘要介绍了模糊控制中模糊控制器的结构组成,说明了模糊控制在温度控制系统中的几种应用及今后的发展. 。
关键词模糊控制控制器温度控制在冶金、化工、工业炉窑等工业生产中, 温度控制是较普遍且较关键的控制系统, 它具有非线性、强耦合、时变、时滞等特性，采用常规的PI D控制器, 一般很难实现对其快速有效地精确控制，而作为非线性控制的一个分支—模糊控制[1] , 在温度控制系统中得到了较好的应用。
模糊逻辑是人工智能的重要组成部分，自从1965年美国控制理论专家L.A.Zadeh提出了用“Fuzzy Sets”(模糊集合) 描述Fuzzy (模糊) 事物以来[ 2 ] , Fuzzy技术获得了广泛的应用。
而模糊控制取得的最早应用成果之一, 是1975 年英国P. J. King和E.H.Mamdani 将模糊控制系统应用于工业反应过程的温度控制中[3]。
随后模糊控制成为自动化技术中一个非常活跃的领域.著名的自动控制权威Austrom曾经指出：模糊逻辑控制、神经网络控制与专家系统控制是三种典型的智能控制方法[4]。
模糊控制的基本思想是用机器去模拟人对系统的控制, 即在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段, 实现系统控制的一种方法[5]。
模糊模型是用模糊语言和规则描述的一个系统的动态特性及性能指标。
模糊控制具有不需要知道被控对象(或过程)的数学模型；易于实现对具有不确定性的对象和具有强非线性的对象进行控制; 对被控对象特性参数的变化具有较强的鲁棒性; 对于控制系统的干扰具有较强的抑制能力等特点。
1模糊控制原理模糊控制的框图如图1所示：图1单变量模糊控制原理框图模糊控制系统主要由被控对象和模糊控制器两部分组成.被控对象可以是一种设备或装置以及它们的群体, 它们在一定的约束条件下工作以实现人们的某种目的,这些被控对象可以是确定的或模糊的、单变量或多变量的、有滞后或无滞后的, 也可以是线性的或非线性的、定常的或时变的, 以及具有强耦合和干扰等多种情况。
基于PLC与PI的退火炉温度控制系统
系统基于ＰＬＣ和模糊ＰＩ算法的智能控制系统。升温间断各个通 道之间最大差值为４ ℃，降温间断各个通道之间最大差值为５ ℃， 保 证了炉膛温度的均匀度。保温间断通道与设定值对大差值为４℃，证 明了控制的稳定性。各个间断的相对误差最大为０．８２％，说明了系 统的稳定及鲁棒性。该控制系统克服了温度控制系统的大滞后、非 线性、时变性和容易受到外界的扰动特性。
３ 、控制系统基本结构 控制系统基本构成如图１所示，由模糊控制器、ＰＬＣ、工业计算
机、执行元件、退火炉、测量元件组成。
工控计算机
ＳＰ＋ ＰＶ－
ＰＬＣ
执行元件
模糊控制器
退火炉
测量元件
图 １ 退火炉温度控制系统框图 退火炉温度控制实现过程是：首先测量元件将退火炉的炉膛 ｐ ｖ （ 实际温度值） 转化为电流信号，然后和ｓ ｐ （ 设定温度值） 比较后传 给Ｐ Ｌ Ｃ 和模糊控制器， 模糊控制器经过模糊化处理修改Ｐ Ｌ Ｃ 中的 Ｋｐ，Ｋｉ的数值大小，ＰＬＣ主控系统内部的Ａ／Ｄ将送进来的电压信号 转化为ＰＬＣ可识别的数字量，然后ＰＬＣ将系统给定的温度值与反馈 回来的温度值进行处理，给执行元件，执行元件控制退火炉的炉温， ＰＬＣ与工控计算机通信交换数据，这样退火炉温度控制得到实现。
４ 、系统构成
４．１ 硬件结构 控制系统采用由上到下的主从控制结构，直接控制级由烧嘴控 制器、热电偶、台车电机开关、各个按钮开关和各个开关量组成。 烧嘴控制器为Ｉ Ｂ Ｃ － Ｉ 型，采用的是脉冲燃烧控制技术，燃烧方 式为间断式燃烧。使用脉宽调制控制技术，通过调节燃烧时间的通 断比来实现炉膛内的温度控制。脉冲燃烧控制能够根据实际温度需 求，来控制燃烧时间，从而使传热效率高，大大降低能耗。脉冲燃烧 控制还可以提高炉膛内温度的均匀性，无需在线调整，即可实现燃 烧气氛的精确控制。炉膛设定最高炉温为７００℃，所以热电偶选用Ｋ 型热电偶。 ４．２ 模糊 ＰＩ 控制器 为了使控制品质的进一步提高［３］，本系统中采用模糊推理和ＰＩ 算法相结合，根据不同的｜ｅ｜和｜△ｅ｜，对ＰＩ控制器的参数Ｋｐ和 Ｋｉ进行在线自整定。其结构由两部分组成：常规ＰＩ控制器部分和模 糊控制的参数校正部分。 本设计中，各语言变量用语言值描述如下： 系统偏差的绝对值｜（ｅ ｋ）｜、偏差变化率的绝对值｜△（ｅ ｋ）｜、 控制器的比例系数Ｋｐ和控制器的积分系数Ｋｉ均为｛零、小、中、大｝。 本设计采用ＣＲＩ推理法，先在脱机状态下把所有可能的输入和输 出数据形成一张控制表去执行控制。为了能产生控制表，在ＣＲＩ推理 法中把语言变量的论域转换成有限整数论域，本质上是把连续论域 离散化后产生离散论域，再采用公式４－１把它离散化到整数论域Ｎ。
退火炉温度控制系统
基于PLC的退火炉温度控制系统摘要：退火炉是快锻车间的重要设备，其温度控制的稳定性和控制精度直接影响锻坯的质量，本文就快锻车间的退火炉温度控制系统展开阐释。
本系统是以可编程逻辑控制器（PLC）为核心、以组态软件WINCC为开发工具。
在该系统中，天然气、空气流量和炉压采用模糊PID 控制，可对工艺参数进行设置，对控制进程数据实时显示，并能保留历史数据。
实践证明该系统控制精高，退火质量好，能达到节能减排的目的。
关健词：可编程逻辑控制器；退火炉；温度控制一、概述退火是金属热处置中的重要工序，通过退火可以达到细化组织、降低硬度、改善切削性能、消除内应力等目的。
在退火炉的运行进程中，需要检测并控制的参数较多，但大体上都围绕温度这个核心。
在燃气退火炉燃烧进程控制中，需要克服控制对象的多变性、非线性、噪声、不对称增益、较大纯滞后等多方面因素的影响，实现较精准的炉温和压力控制。
按照统计分析，燃烧进程中空气多余率控制要适合，因此，控制系统应该通过控制空气和天然气的比例维持最佳燃烧状态。
另外，炉膛压力是随工况转变的，其转变影响炉温和热效率。
要维持稳定的炉温，还需对护膛压力进行调节。
山此可见，要保证退火质量，实现最佳燃烧状态，控制系统应包括以下组成部份：天然气、空气流量调节回路；空气燃气最佳比例调节回路；炉膛压力调节回路。
本文以燃气退火护为研究对象，结合某企业设备改造的需求，采用可编程逻辑控制器和工控组态软件完成对燃气退火炉的智能控制的开发，包括硬件系统平台和软件系统平台。
二、退火工艺进程退火是将钢件或各类机械零件加热到临界点以上的适当温度，然后在炉内保温缓慢冷却的工业方式。
其目的是细化组织、降低硬度、改善机械切削加工性能及去除内应力。
整个退火进程主要包括两个进程：升温进程和保温进程。
升温时，不必使实际升温曲线紧跟设定曲线，只要求温度曲线是平稳上升的趋势；保温阶段是控制的重点，为了取得好的退火效果，需以尽可能小的波动稳定在设定的保温温度，一般要求限干土5 ℃范围内波动；保温结束后要求缓慢随炉冷却，此阶段无需控制。
PLC自动控制技术在电热退火炉中的应用
2019年 第5期热加工45PLC 自动控制技术在电热退火炉中的应用■ 胡振庐，王志斌，白永胜，任紫亭摘要：通过对电阻炉电控系统解析，加装了一套自动控时电路系统，通过PLC 程序编程，能够智能截取工艺保温起点和终点，并按工艺要求计时后自动切断加热电路，然后在炉冷工艺段完毕声光提示出炉空冷，最后自动关闭程序。
该系统与原手动电路互不干扰，生产中可以根据需要，自主切换“手动/自动”控制系统。
关键词：电阻炉；PLC ；自动控时电路；退火炉我公司的一台额定功率500kW 的电阻退火炉，额定温度为650℃，适用于液压支架结构件焊后低温去应力退火作业。
高耗能的退火炉实行间歇作业，通常选在夜间用电低峰时开启，夜间员工作业疲乏，人工计时常出现保温时间过长的情况，一个月累计的无谓耗能很大，并且长时间退火保温对焊缝性能及结构件母材性能有降低的风险。
为解决这一问题，对原设备进行了电控改造，加装一套自动控时电路，通过PLC 编程来控制各加热温区的通断，准确截取保温起点和终点，保证保温时长。
1. 技术要求退火工艺曲线如图1所示，室温装炉加热到520℃时开始保温，工艺要求保温90～120min ，而后炉冷到300℃出炉空冷。
该退火炉分为4个温区，由并排的两个电控柜进行操作控制，改造要求用一个PLC 控制器控制4个温区的通断，并智能截取升温阶段终点，即保温阶段起点，在适当考虑均温时间的情况下，计时保温2h 后断开加热回路，程序在炉冷阶段继续运行，炉冷到300℃时声光提示出炉空冷，程序自动关闭，达到与工艺曲线相契合的节能保质效果。
2. 电控改造方案电阻炉原电路分为4条加热回路，4条温控回路，风扇、炉门升降及超温报警回路。
采用的改造方式是控制加热回路的开关，温控回路仍由其温控仪表控制，只采集或共享其中一个热电偶的温度值，其他电路不动。
这样可以把PLC 控时电路对原电路的影响程度降到最低，达到PLC电路与原电路互不干扰的效果。
改造电路如图2所示。
PLC温控系统中的PID算法应用浅析
PLC温控系统中的PID算法应用浅析PLC温控系统中的PID算法应用浅析摘要本文结合目前国内温控系统开发落后的现状，设计了基于PLC 的PID算法的温控系统，首先，分析了PID控制算法的原理，其次，探讨了PLC温控系统的硬件与软件系统，最后，研究了PID算法的实现及PLC系统的调试，旨在充分发挥PID算法的作用，不断提高PLC温控系统的质量。
【关键词】PLC PID算法温控系统在工业及实验室中较为常见的加热设备便是电加热炉，对其温度控制是典型的过程控制，由于电加热炉具有一定的特殊性，如果仅采用常规的PID控制，为了到达控制精度，要求相关参数具有一定的准确性，并且系统也要保持一定的稳定性，但根据实践可知，电加热炉温控系统难以满足上述要求，因此，本文重点研究了PLC温控系统中PID算法的应用，旨在为工业及实验室提供更高质量的温控系统。
1 PID控制算法原理分析PID控制器的构成主要包括比例单元、积分单元与微分单元，它在控制系统中扮演着重要的角色，作为关键的反应电路部件，其主要用于对系统输出的预设值、实际输出值之间的偏差进行比例、积分与微分运算，此后对运算结果进行线性组合，从而获得控制量，最后控制被控对象，使输出值迅速到达预设值，并保持稳定状态。
如果被控对象的变化规律难以准确掌握，对其他控制技术的使用难度较高，此时那么要利用PID控制，此算法具有一定的简便性与准确性。
现阶段，常见的PID控制器有两种，一种为模拟PID，另一种为数字PID，在计算技术支持下，控制系统的控制趋于先进化与数字化，因此，数字PID的类型日渐丰富，具体包括三种，分别为位置式数字PID、增量式数字PID与改良的PID算法，第一种主要是指模拟PID的积分与微分项，需要利用数字计算机，以此时间二者的离散化，此类型的缺点为较大的运算量，如果系统出现故障，那么极易造成平安问题；第二种主要是将增质量的增量送给执行机构，此类型的优点为运算量较小，同时因计算误差而出现的误动作对系统所造成的影响较小；第三种主要是对数字PID而言的，它主要是借助计算机程序实现的，在实际运用过程中具有较强的灵活性，但对于不同控制系统而言，由于系统各异，其控制需求也有所不同，因此，在使用时，需要结合控制系统的具体需求，对其进行改良。
模糊PID控制在电阻炉炉温系统中的应用
一
２ ＰＤ 参 数 Ｆ ｚｙ 整 定 模 型 。 ２ ｌ ｕｚ 般 情 况 下 ， 在 不 同 Ｅ、 下 被 控 过程
Ｆ ｚｙ 自整 定 Ｐ 参 数 控 制 器 是 对 参 数 Ｋ 、 ｌ与 Ｋ 的 自整 定 要 求 可 归 ｕｚ ｌ Ｄ ＰＫ Ｄ
智能模糊 控制 系统 ， 利用模 糊控 制规则 自适应 地在 线对 Ｐ Ｄ 参数 进行修 改 ， 此提 高其控 制效果 。 Ｉ 借
关 键 ： 阻 炉 ； 适 应 控 制 ： 糊 控 制 ； Ｉ 电 自 模 ＰＤ
Ａｂ ｔｒ ｃｔ：Ｔ ｒ ｔａ ｃｅ ｆｕｒ ｃｅ ｉ ｔｈ ｍｏｓ Ｗｉ ｈ ｔｉ ｅ ｓ ａ ｈｅ ｅｓｉ ｓ ｎ ｎａ Ｓ ｅ ｔ ｄｅＩ Ｙ ｅａ ｎｇ ｑｕｉ ｍｅ ｉ ｔｈ ｈ ａｔ ｔｒ ｔ ｎ ｐ ｎｔ ｎ ｅ ｅ ｅａ ｍｅ ｔ ｐ ｏｄ ｃｔｉ ｒ ｕ ｏｎ ， ｈｅ ｔｉ ｐｒ ｃｅｓ ｍｅ ｕｒ ｍ ｔ ａ ｃｏ ｏＩ ｈ ｂｅ ｏｍ ａ ｋ ｔｅ ｎｏＩ ｇｙ， ａ ｎｇ ｏ ｓ ａｓ ｅ ｅｎ ｎｄ ｎｔｒ ａｓ ｃ ｅ ｅｙ ｃｈ ｏ ｐ ｏ ｔｅｄ ｐ — ｒ ｍｐ ｅｏ
１ 引言 热 处 理 是 提 高 金属 材 料 及 器 基 础 上 设 计 一 个 炉 温 控 制 系 统 ， 以
并 根 据 不 同 的 在 线 自整 定 参数 Ｋ 、 Ｐ
Ｉ Ｄ ｕｚ Ｉ 其 制品 质 量 的 重要 手 段 。近 年 来 随 着 工 期 较 理 想 地 解 决 被 加 热 物 件 透 烧 过 程 Ｋ 与 Ｋ 的 Ｆｚ ｙ 控 制 器 。 ＰＤ 参 数
原 理
电 阻 炉 是 一 种 具 有 纯 滞 后 的 大 惯 性 系 统 ， 关 炉 门 、 热 材 料 、 度 以 及 开 加 温 电 网 电压 等 都 影 响控 制 过 程 ， 统 的 加 传
模糊PID在电加热炉温控系统中的应用
确数 学模 型 ， 根 据 控 制 决 策 表 决 定 控 制 量 的
大小 。将 模糊 控 制 和 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 结 合 起来 ， 扬
长避 短 ， 既具 有 模 糊 控 制 灵 活 和 适 应 性 强 的
模糊 Ｐ Ｉ Ｄ控制器 是一 种基于 常规 Ｐ Ｉ Ｄ
调节器， 应 用模 糊 集 合 理论 ， 根 据 控 制偏 差 、
Ｊ ＝１
态 分布 。根 据 该 规 则 可 把 实 际炉 温 偏 差 ｅ 、
炉温偏 差变 化率 ｅ ｃ（ ｄ ／ ｄ ） 对 应 的语 言变 量
＋ Ｋｄ Ａ ｅ （ 惫 ） ／ Ｔ
（ １ ）
式中： “ （ 志 ） —— 忌采样 周期 时 的输 出 ； Ｐ （ 愚 ） —— 志采样 周期 时的偏 差 ；
偏 差 变化率 在 线 自动调 整 比例 系 数 、 积 分 系 数 和 微分 系数 的模糊 控制 器［ ２ ］ 。该模 糊控 制 器 采 用二 输 入 三 输 出 的形 式 ， 以温 度 偏 差 ｅ
优点 ， 又具有 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 精确 度 高 的特点 ［ １ ］ 。 本 文 以某公 司 电加 热 炉 （ 用 于 轴 类 零 件
里— — ——— — —
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Ｅ、 Ｅ Ｃ表示 成 模 糊 量 。Ｅ、 Ｅ Ｃ 的基本 论 域 为
利用PLC进行PID退火炉温度控制
利用PLC进行PID退火炉温度控制作者：陈兰兰王勤昌来源：《科技视界》 2014年第10期陈兰兰1 王勤昌2（1.山东三金玻璃机械有限公司，山东淄博 255300；2.山东科汇电力自动化股份有限公司，山东淄博 255087）【摘要】本文阐述了应用PID指令来实现PLC的退火炉PID温度控制，利用DVP-PLC内置PID模块，自动调整其参数，实现PID自动控制。
【关键词】PID温度控制参数；自动调整；A/D转换０前言各种玻璃制品的退火炉和烤花炉是玻璃厂重要的热工设备，对这些辅助设备的自动控制工作正随着工艺和设备本身的改进而逐渐展开。
温度控制是退火炉的重要组成部分，它的功能是将温度控制在所需要的范围内，对玻璃瓶罐进行退火或烤花。
现在国内生产的退火炉还是以传统的手动控制为主，山东三金玻璃机械股份有限公司近期开发了利用 PLC自身的PID控制模块和其内部PID控制程序，对退火炉控制系统进行技术改造，结合触摸屏画面显示操作，实现整个系统的自动控制。
改造后的控制，在运行和控制方面都更加符合自动化生产的需要，节约人力，提高了经济效益。
PID控制系统，使用时只需要设置一些参数，非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。
１控制系统介绍１．１工艺概述根据退火炉三区加热的特点，退火炉自动控制系统由触摸屏按钮控制各区电源，并显示和调节温度，调节输出功率，加热器用于炉内或制品提供热量，并且每区输出电压和三相运行电流可通过触摸屏随时观察。
升温过程，根据升温曲线，手动升温，为保证机械结构不受影响，通过调整各区电流，缓慢升温，各区温度曲线实时监控并能打印输出。
配有远程监控以太网接口和基于TCP/IP的通讯。
１.2 PID控制系统分析和调整１.2.1 PID系统概述PID控制器是比例-积分-微分控制的简称，具有：（1）不需要精确的控制系统数学模型（2）有较强的灵活性和适应性（3）结构典型、程序设计简单，工程上易于实现，参数调整方便等优点。
模糊神经网络PID在PLC温度控制系统中的应用研究
本文 中 设 计 的 模 糊 神 经 网 络 PID 控 制 算 法 主要由 3 种 算 法 整 合 而 成，分 别 为 PID 控 制 算 法、模 糊 控 制 算 法 以 及 神 经 网 络 控 制 （ ＲBF） 算 法。在人工模糊神 经 网 络 技 术 中，模 糊 化 主 要 的 作用是用来对系统 状 态 变 量、参 数 变 量 进 行 模 糊 量化和归一化处理； 而人工神经网络主要的作用 是描述模糊化规则，通 过 神 经 网 络 学 习 生 成 规 则 并修改加权系数初 值，再 按 照 系 统 运 行 情 况 实 现 P、I、D 3 个参 数 的 自 整 定，来 达 到 最 优 的 控 制 效 果。经过神经网络 的 自 学 习，使 得 神 经 网 络 输 出 层的 3 个 参 数 （ Kp、Ki、Kd ） 不 断 调 整，其 中 Kp、 Ki、Kd 3 个参 数 为 在 线 整 定 式，最 终 让 系 统 处 于 最稳定、最优化的 状 态 下。提 出 的 模 糊 神 经 网 络 PID 控制器的结构示意如图 1 所示。
控制性能会降低。由于温度控制系统是一种非 线 性 控 制 系 统，与 温 度 相 关 的 参 数、数 据 都 是 随 着系统的情况而不 断 变 化 的，为 了 达 到 理 想 的 控 制效果，需要对参 数 进 行 不 断 的 设 置。由 于 采 用 传统 PI立 精 确 模 型，使 得 系 统 参 数 难 以 整 定，因 此 本 文 提
第 34 卷 第 1 期 2018 年 1 月
科技通报
BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 34 No． 1 Jan． 2018
模糊神经网络 PID 在 PLC 温度控制 系统中的应用研究
利用PLC进行PID退火炉温度控制
Science &Technology Vision科技视界0前言各种玻璃制品的退火炉和烤花炉是玻璃厂重要的热工设备,对这些辅助设备的自动控制工作正随着工艺和设备本身的改进而逐渐展开。
温度控制是退火炉的重要组成部分,它的功能是将温度控制在所需要的范围内,对玻璃瓶罐进行退火或烤花。
现在国内生产的退火炉还是以传统的手动控制为主,山东三金玻璃机械股份有限公司近期开发了利用PLC 自身的PID 控制模块和其内部PID 控制程序,对退火炉控制系统进行技术改造,结合触摸屏画面显示操作,实现整个系统的自动控制。
改造后的控制,在运行和控制方面都更加符合自动化生产的需要,节约人力,提高了经济效益。
PID 控制系统,使用时只需要设置一些参数,非常方便,一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。
1控制系统介绍1.1工艺概述根据退火炉三区加热的特点,退火炉自动控制系统由触摸屏按钮控制各区电源,并显示和调节温度,调节输出功率,加热器用于炉内或制品提供热量,并且每区输出电压和三相运行电流可通过触摸屏随时观察。
升温过程,根据升温曲线,手动升温,为保证机械结构不受影响,通过调整各区电流,缓慢升温,各区温度曲线实时监控并能打印输出。
配有远程监控以太网接口和基于TCP/IP 的通讯。
1.2PID 控制系统分析和调整1.2.1PID 系统概述PID 控制器是比例-积分-微分控制的简称,具有:(1)不需要精确的控制系统数学模型(2)有较强的灵活性和适应性(3)结构典型、程序设计简单,工程上易于实现,参数调整方便等优点。
积分控制可以消除系统的静差,微分控制可以改善系统的动态响应速度,比例、积分、微分三者有效的结合可以满足不同的控制要求。
1.2.2PID 控制器的数字化性能指标PLC 的PID 控制器的设计是以连续系统的PID 控制规律为基础,将其数字化写成离散形式的PID 控制方程,再根据离散方程进行控制程序设计。
在连续系统中,典型的PID 闭环控制系统如图1所示。
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采用模 糊Ｐ Ｉ Ｄ算法 ， 论 述 了模 糊Ｐ Ｉ Ｄ控 制 在 温度 控 制 系统 中的 应 用 ， 并设 计 了模 糊Ｐ Ｉ Ｄ控 制 器 ． 在 ＭＡＴ Ｌ Ａ Ｂ中实现 了 系统 的仿 真 。 实 际运行 表 明 ， 系统 性 能优 良。 操 作 简单 、 安全、 方便 。 关键词 ： 可编 程控 制 器 ； 模 糊控 制 ； 退火炉； 温 度 控 制 系 统
３． 天 津 市 斯 科 诺 热 能技 术有 限公 司 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ ）
摘要 ： 针 对 天 津某 工 厂对 非标 准 工件 做 连 续退 火 工 艺要 求 ， 设 计 了一 套 基 于Ｐ Ｌ Ｃｖ Ｘ 及模 糊Ｐ Ｉ Ｄ 技 术 的 工业 退 火炉 的温 度控 制 系统 。此 系统 以 西 门子￥ ７ － ２ ０ ０ 系列Ｐ Ｌ Ｃ为核 心 。 在Ｐ Ｌ Ｃ基 础 上
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献 标 志 码 ： Ｂ
Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ＰＬＣ ａ ｎｄ Ｆｕｚ ｚ ｙ ＰＩ Ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ａｎ ｎｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｆｕｒ ｎａ ｃ ｅ Ｔｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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（ １ ． Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ｒ ａ ｎ ｄ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ３ ８ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ
ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ３ ８ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｓ Ｉ Ｋ Ｅ Ｎ Ｕ Ｏ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ Ｃ Ｏ ． ， Ｌ Ｔ Ｄ ． ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ３ ８ ４ ， ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ （ Ｐ Ｌ Ｃ） ； ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； ｎｎ ａ ｅ ｌｉ ａ ｎ ｇ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ； ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ９ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ３ ３ ． ０ ５
Ｐ Ｌ Ｃ和模糊 Ｐ Ｉ Ｄ在退 火炉温控 系统 中的应 用
王 艳 １ ， ２ ， 刘 承 林 ， 司长策 。
（ １ ． 天 津 复 杂 系 统 控 制 理 论 与 应 用 重 点 实验 室 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ ； ２ ． 天津理２ ＿ － 大 学 自动化 学 院 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ ；