基于pid脉宽调制温度控制系统设计

《基于pid脉宽调制温度控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于PID脉宽调制温度控制系统设计　　【摘要】温度调节存在大滞后现象，对温度的适时控制一直是工业过程中公认的难题，文章提出一种采用标准输出4～20mA温度变送器对系统温度信号进行采集，采集后的模拟量经PLC功能模块转换为数字量，通过其自带的PID指令对温度当前值和设定值的偏差进行运算，再通过脉宽调制指令控制电热器的导通时间，直至温差为零，电热器不工作，实现温度的闭环控制，实现对电热器温度的高精度调节。【关键词】PID脉宽调制；温度控制；温度变送器；电热器1.系统组成整个系统的组成如图1所示，使用PLC作为控制核心

2、，温度变量经温度变送器采集[1]后，再经过A/D转换模块转换成PLC可读的数字量，PLC将它与温度设定值比较，并按某种控制规律对误差进行运算，驱动执行机构，实现温度的闭环控制。2.硬件选择（1）PLC的选择6PLC的选择主要应从PLC机型、容量、I/O模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑[2]。本系统选用三菱公司生产的FX2N-48MR作为温度控制系统的PLC主单元。（2）温度传感器的选择选择中温区最常用的一种Pt100热电阻作为传感器。测量精度高，性能稳定，其中铂热电阻的测量精确度是最高的。（3）

3、模拟量输入模块的选择温度由Pt100铂电阻温度传感器检测后输出的是电阻信号，且是模拟量，而PLC所能处理的是数字量，因此选择FX2N-4AD作为整个系统的A/D转换模块。（4）温度变送器的选择由于FX2N-4AD所能识别的信号是DC-10～10V或-20～+20mA，所以铂电阻温度传感器[3]采集到得温度信号必须要通过外围电路的转换与调理，在此选用SBWZ-PT100热电阻温度变送器实现该功能。SBWZ-PT100可将热电阻信号转换成与温度信号成线性的4～20mA的输出信号，根据表1选择预设1，当前温度和FX2N

4、-4AD最终转换得到的数字量的比例关系：FX2N-4AD转换的数字量=当前温度×10。（5）加热器及驱动的选择选择电热管作为系统的加热器件，其具有使用寿命长、抗氧化性能好、电阻率高、加工便宜等优点。6加热驱动器的选择对系统的控制效果、可靠性及使用寿命有着较大的影响。由于在本控制系统中，所选用可编程序控制器采用继电器输出方式，所以选用固态继电器为驱动控制器件。3.系统安装SBWZ-PT100温度变送器端子5接24V电源正端、端子4为4～20mA电流输出端。端子1、2、3接热电阻。温度控制系统原理接线图如图2所示。4

5、.软件设计（1）温度控制技术的选择三菱FX2N-48MR可编程序控制器拥有自己的PID指令，只需进行一些简单的参数设置即可，且与开关量控温法相比系统的控制精度有了较大的提高。（2）内存地址及内部继电器分配PLC内存地址及内部继电器功能对照见表2。（3）程序设计①系统的启动与停止。利用内部辅助继电器来代替开关输入，可以在触摸屏上点击启动、停止，节省I/O输入点。其指令表如下：LDM3ORM5ANIM4OUTM56②特殊功能模块。FX2N-4AD的识别，FX2N-4AD把两个温度传感器输出转换为数字量，并把两个通道的

6、数据求平均。其指令表如下：LDM8002FROMK0K30D4K1CMPK2010D4M0LDM1TOPK0K0K3311K2TOPK0K1K4K2FROMK0K29K4M10K2ANIM10ANIM20FROMK0K5D10K2MEAND10D20K2③PID参数设定：LDM5MOVPK1000D300MOVPK1D301MOVPK50D302MOVPK10000D303MOVPK15000D304MOVPK0D305MOVPK0D3066PIDD200D20D300D150④PID输出值上下限调节：LDM5Z

7、CPK0K5000D150M100LDM100MOVK0D160LDM101MOVD150D160LDM102MOVK5000D160⑤PWM指令控制电热器的导通时间：LDM5PWMD160K5000Y000OUTY001LDM5CMPD20D200M6LDM6ANDM5OUTY2LDM4ZRSTD0D400END65.调试运行系统按图2连接好以后，建立人机界面。当前温度为39.1℃，就是A/D转换模块转换来的数字量391。将温度设定为800就相当于80℃，并设定PID的参数，然后按下启动按钮，系统启动，开始进行

8、温度当前值采集和PID运算。当温度升高到40.5℃时，PID运算输出5000，电热管持续导通，温度持续升高；温度上升到77.2℃，PID输出为3296，电热管每5s导通3s，使温度缓慢上升；温度为79.7℃时，PID输出为893，即电热管在5s的周期里导通1s；如果当前温度超过温度设定值，风机就导通降温。使用FX2N-48MR自带的PID指令，能使温度控制系统更加稳定，控