基于PLC控制的加热炉温度控制系统

以照此方法设计）。当加热炉刚启动加热时，由于测到的炉温为常
温，ｓｐ －ｐｖ＝△ Ｕ为正值且较大，△Ｕ 为ＰＩＤ调节器的输入，此
时ＰＩＤ调节器中Ｐ起主要作用，使ＳＣＲ为最大电压给加热炉加热。 当加热炉温度达到１００ｏＣ 以上时，ｓｐ －ｐｖ ＝△ Ｕ 为负值，经ＰＩＤ
调节，使ＳＣＲ输出电压减小，加热炉温度降低。当温度正好达到
Keyword: programmable logic controller; heating furnace; PID
１ 引言
传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于 采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电 多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机 控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而 产生的ＰＬＣ控制技术所取代。而ＰＬＣ本身优异的性能使基于ＰＬＣ 控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控 制系统对改造传统的继电器控制系统有相当的意义［１］。
Abstract: This paper introduces a temperature control system for an electric heating furnace based on the PLC technology and the electronic rectifier technology. The hardware and software of the system are also outlined.
参考文献：
［１］ 秦曾煌．电工学上册［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９ ［２］ 郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术［Ｍ］．南京： 东南大学出版社．２００３ ［３］ 胡文金，计算机测控应用技术［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社． ２００３ ［４］ 刘卫民．电力电子技术［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社．２００３
３．３ 控制算法
由于温度控制本身有一定的滞后性和惯性，这使系统控制出
现误差。为了减小误差提高系统控制精度。我们采用ＰＩＤ控制算
法，另外考虑到系统的控制对象，我们采用增量型ＰＩＤ算法。
△ Ｖ（ｎ）＝Ｕ（ｎ）－Ｕ（ｎ－１）
n
n ?1
? ? = Kp{[e(n) - e(n - 1)] + ( e(i) ? e(i?1) )
１００ｏＣ时，△ Ｕ 为零 ＰＩＤ 不调节，此时 ＳＣＲ输出的电压正好平衡
加热炉消耗的热量，系统达到动态平衡。
３．４ Ｋ分度电压随温度变化公式拟合
（１）根据具体问题，确定拟合多项式的次数为ｎ。
（２）由公式
m
Ｓｋ＝ ? xik （ｋ＝０，１，２， ……２ｎ） i （ｒ＝０，１，２， ……ｎ）
２ 加热炉温度控制系统基本构成
加热炉温度控制系统基本构成入图１所示，它由ＰＬＣ主控系统、 移相触发模块整、流器ＳＣＲ［４］、加热炉、传感器等５个部分组成。
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，给移相触发模块，再给三相整流电路（ＳＣＲ） 一个触发脉冲（既控制脉冲），这样通过ＳＣＲ的输出我们控制了加 热炉电阻丝两端的电压，也既加热炉温度控制得到实现。其中ＰＬＣ 主控系统为加热炉温度控制系统的核心部分起重要作用。
作者简介： 宋乐鹏（１９７６ －），男，陕西耀县人，讲师，研 究生， 主要从事自动控制、电气控制方面的研究。
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相应的系统硬件也是在实验室里进行，用一个设备来摸仪控 制对象。首先检查设备的诸个单元是否合乎要求，其次将软件和 硬件结合起来进行测试。并不断完善ＰＬＣ软硬件的配置以达到最 优的结果。
４ 结束语
加热炉温度控制系统采用成熟的ＰＬＣ技术和电力电子技术， 采用软硬件结合，比较理想的解决了传统加热炉温控系统中出现 的问题。针对我国大部分的加热炉用户来说本系统将是一个比较 理想的温控系统。
关键词：ＰＬＣ；加热炉；ＰＩＤ 中文分类号：ＴＭ５７１．６１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２００７）１０－０１２１－０２
PLC Temperature Control of an Electric Heating Furnace
SONG Le-peng, LIU Guo (Chongqing university of sciencise and technology, chongqing 400050 China)
３ ＰＬＣ 控制系统
３．１ ＰＬＣ控制系统的硬件配置
在加热炉温度控制系统中ＰＬＣ 采用日本三菱公司ＦＸ２Ｎ其 硬件采用模块化设计，配合了多种特殊功能模块及功能扩展模块， 可实现模拟量控制、位置控制等功能［２］。该系列ＰＬＣ可靠性高， 抗干扰强、配置灵活、性价比高。本温度控制系统中ＰＬＣ我们选 择 ＦＸ２Ｎ－４８ＭＲ－００１型，它与外部设备的连接如图２、表 １所示。
n
? （５）写出拟合公式多项式Ｐ（ｎ Ｘ）＝ ak xk 一次多项式也叫作 k?0
线性拟合。由上述方法可拟合出Ｋ分度［３］电压随温度变化公式为： Ｖ＝０．０４Ｔ（其中 Ｖ 为电压，Ｔ 为温度）。此拟合公式是在温
度从０到１２０之间变化的近似公式，因此正规方程只用到Ｓ０、Ｓ１、 Ｓ２拟合的多项式次数为ｎ＝１，电压随温度的变化可近似为线性 变化。如果温度变化范围比较大，则电压随温度变化为非线性变 化，上述电压随温度变公式需要重新拟合，拟合多项式的次数也 必然大于２。
经验交流
Technical C om m unications
《自动化技术与应用》２００７ 年第 ２６ 卷第 １０ 期
基于 Ｐ Ｌ Ｃ 控制的加热炉温度控制系统 ＊
宋乐鹏， 柳 果
（重庆科技学院，重庆 ４０００５０）
摘 要：运用ＰＬＣ技术和电力电子整流技术控制加在热炉电阻丝上的电压，实现温度控制。ＰＬＣ控制程序采用了ＰＩＤ控制算法，使加 热炉温度控制系统具有精度高，稳定性好，可靠性高等特点。
＋ TD
i?0
i?0
［ｅ（ｎ）－２ｅ（ｎ－１）＋ｅ（ｎ－２）］｝＝ＫＰ｛△ｅ（ｎ）＋
T
T ｅ（ｎ）＋ TD ［△ｅ（ｎ）－△ｅ（ｎ－１）］｝
TI
T
式中ｅ（ｎ）、ｅ（ｎ－１）、ｅ（ｎ－２）为ＰＩＤ连续三次的偏差输入。△
ｅ（ｎ） 、△ｅ（ｎ－１） 为系统连续两次执行的误差。ＫＰ为比例放大系
数 Ｔ、ＴＩ、ＴＤ 分别为采样周期、积分时间、微分时间。 该加热炉温度希望稳定在１００ｏＣ工作（其它工作温度同样可
i?0
计数出 Ｓｋ 与 Ｔｒ
（３）写出正规方程
Ｓ０ Ｓ１ … Ｓｎ ａ０ ｔ０ Ｓ１ Ｓ２ … Ｓｎ＋１ ａ１ ｔ１
… … … … ＝ …
Ｓｎ Ｓｎ＋１ …… Ｓ２ｎ ａｎ ｔｎ （４）解正规方程组 求出ａ０，ａ１，…，ａｎ
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《自动化技术与应用》２００７ 年第 ２６ 卷第 １０ 期
经验交流
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３．２ 流程设计
根据加热炉温度控制要求，本系统控制流程图如图３所示。
图３ 加热炉控制流程图
表 １ ＰＬＣ Ｉ／Ｏ地址分配表
图１ 加热炉温度控制系统基本组成 加热炉温度控制实现过程是：首先传感器将加热炉的温度转 化为电压信号，ＰＬＣ主控系统内部的Ａ／Ｄ将送进来的电压信号转
＊ 基金项目：重庆科技学院教改资助项目（渝科院教 ２００６１３） 收稿日期：２００６－０３－２９
图 ２ ＰＬＣ Ｉ／Ｏ 接线图
３．５ 系统调试
系统调试分为两大步骤，一是系统软件调试；二是系统硬件调试。
３．５．１ 系统软件调试
系统软件调试是在ＰＣ机上进行，我们将ＰＬＣ控制程序输 入ＰＣ机后，根据运行要求，设定若干数字开关量，模拟量，对系 统的每一个功能进行检测测试并在此基础上不断完善程序以达 到系统要求。
３．５．２ 系统硬件调试