基于plc的微波加热器温度控制系统设计

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1、基于PLC的微波加热器温度控制系统设计11基于PLC微波加热器温度控制系统的设计摘要：设计了一套PLC控制的微波加热器温度控制系统。以工业高功率微波加热器为研究对象,用S7-200PLC及模拟量输入、输出模块组成基本控制单元,使加热器内温度保持恒定。针对微波加热器内温度系统的大惯性、非线性特征,采用模糊控制算法来对温度进行处理,克服了传统PID算法参数调整复杂、超调量大的缺点。实验结果表明,对温度采用模糊控制能获得较好的稳态精度和动态特性,能够满足工业领域恒温加热的要求。关键词：西门子S7-200PLC微波加热器控制系统设计温度控制

2、系统1.1微波加热的现状近年来，微波加热器温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种微波加热器﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进行检测和监控。由于许多实践现场对温度的影响是多方面的，使得温度的控制比较复杂，传统的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

3、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普遍性意义。基于PLC的微波加热器温度控制系统设计112微波加热器整体结构2.1磁控管控制系统主结构分析磁控管是一种谐振型正交场振荡器，是微波技术中的一种高功率微波源，以松下2M210-M1磁控管为例进行分析，其电源系统如图2.1所示。磁控管发射微波时阴极需得到3.3V的灯丝电压，阳极相对阴极具备4200V高压而形成强电场。这样阴极得到

4、灯丝电压向外发射电子。在电场作用下，电子从阴极飞向阳极。在磁控管中还存在磁场，方向与电场方向垂直，在磁场和电场共同作用下，电子延螺旋轨迹作轮摆式运动。同时，在阳极谐振腔内还存在高频电场，在高频电场作用下，电子绕阴极轴心旋转，当旋转速度与高频电场同步时，电子的直流能量交给高频电场，维持高频振荡。这些高频能量以微波的形式输出，用于各种工业用途。图2.1微波炉电源控制系统由上述分析可知，磁控管发出微波必须具备加热灯丝、阳极直流高压、激励恒定磁场三个主要的工作条件。因此，磁控管电源也必须根据不同的要求分别进行设计。2.2微波炉电路原理图基于

5、PLC的微波加热器温度控制系统设计113可编程序控制技术3.1PLC的定义及特点3.1.1PLC的定义可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。3.1.2PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。1）可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，使用方便3）采用

6、模块化结构，使系统组合灵活方便4）编程语言简单、易学，便于掌握5）系统设计周期短6）对生产工艺改变适应性强7）安装简单、调试方便、维护工作量小3.2PLC的应用和发展前景3.2.1PLC的应用PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。3.2.2PLC的发展前景为了适应市场

7、的各方面的需求，各生产厂家对PLC基于PLC的微波加热器温度控制系统设计11不断进行改进，推出功能更强、结构更完善的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个是向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。3.3PLC的基本组成及工作原理3.3.1PLC的基本组成CPUU输入模块用户输入设备EPROM输出模块用户输出设备总线外围设备RAMI/O接口电源模块通信接口计算机或其他PLC主机图3.1PLC硬件系统结构框图在图3.

8、1中，PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。对于整体式的PLC，这些部件都在同一个机壳内。而对于模块式结构的PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架