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基于PLC的智能温控系统研究与设计

朱细敏;龚文杨

【摘要】温度控制是工业实际应用中常见的控制对象,一般需要通过加热和冷却设

备将温度控制在工艺需求的设定温度附近,才可以满足后续的工艺需求.本设计将经

典PID控制概念应用到温度控制对象上,从基于PLC的温度控制系统的硬件连接设

计、各个温区系统的PID控制设计、PWM的输出控制调节、实验测试等环节来

分析设计,一旦系统实际温度存在偏差,就准确及时地调节机械上各个温区设备上的

加热元件和冷却元件,最终达到准确地将控制对象温度稳定在预期温度附近.

【期刊名称】《岳阳职业技术学院学报》

【年(卷),期】2018(033)004

【总页数】4页(P80-82,90)

【关键词】塑料挤出机械;PID;PLC;温区;温度控制

【作者】朱细敏;龚文杨

【作者单位】上海第二工业大学,上海201209;常德职业技术学院,湖南常德

415000

【正文语种】中文

【中图分类】TP273

在工业自动化的控制对象中，温度是常见的控制对象之一，比如，应用在塑料机械

行业中广泛使用的塑料挤出机上，一般塑料颗粒材料需要在合适的温度下才会充分

熔解，熔解后的塑料原料再通过模具进行制作，形成所需要的形状。如果在塑料颗

粒材料熔解时，温度偏离设定温度过高或过低都将导致塑料材料在后续工序中出现

问题，在温度偏离设定值高时，塑料制品容易降解，成型性差；温度偏离设定值低

时，塑料制品外观不光洁，没有亮泽[1]。

本设计中，研究采用一个合理的温度控制系统，以贝加莱可编程控制器（PLC）为

智能控制器，将采集温区实际温度与用户需求的设定温度进行比较，如有偏差，则

启用比例积分微分（PID）控制规律来进行调整，以脉冲宽度调节（PWM）的方

式来控制固态继电器的通断。

1PLC温控系统的系统组成

一般在塑料颗粒材料熔解区域，会分成几个温区进行处理，每个温区会安装温度传

感器、加热线圈元件、冷却风扇元件等，因此，需要将每个温区的信号进行采集并

输入到PLC的温度模块上，同时，数字量输出模块通道上的加热信号或是冷却信

号需要输出给每个温区。本文设计以3温区为例的控制系统，最终系统温度余差

可控制在1℃[2]。

1.1PLC控制系统的组成框图

本控制系统采用可编程控制器PLC为主控中心，同时在配置硬件上加上数字量输

出模块和温度采集模块，整个温控系统的硬件系统设计框图见图1所示。数字量

输出模块上各通道上的输出信息包括给各个温区的加热信号和冷却信号，数字1、

3、5为输出给各温区的加热信号，数字2、4、6为输出给各温区的冷却信号；温

度采集模块上是接入的各个温区热电偶实际测温信号[3]。

图1PLC控制系统硬件架构框图

1.2加热与冷却的输出控制

温区的加热和冷却由各个温区所带有的加热和冷却设备分别来完成，具体加热线圈

或是冷却风扇的工作是由数字量输出通道来驱动控制的。

数字量的输出主要是实现0或1的信号电平来控制加热线圈、冷却风扇接通与否，

其中与数字量输出通道直接相连的是固态继电器SSR，固态继电器SSR的作用类

似于开关，是由微电子电路构成的零触点开关，使用时实时性好、且耐用性更好。

固态继电器在连接到加热线圈时，可控制加热线路接通或断开；在连接到冷却风扇

时，可控制风扇开启或是断开，图2所示是温区的一个加热输出控制通道和一个

冷却输出控制通道。当数字量输出通道1有高电平信号输出时，固态继电器合上，

电源将会给加热线圈供电，进而提高温度；反之，固态继电器断开，停止加热。当

数字量输出通道2有高电平信号输出时，固态继电器合上，电源将会给冷却用风

扇供电，进而降低温度；反之，固态继电器断开，风扇停止运转。

图2数字量输出控制

1.3温度采集模块

温度测量元件选用的是热电偶，将每个温区的温度采集后接入到温度控制模块相应

通道上，通过程序中关联的变量来监控到温区的实际温度，图3所示是一个温区

的实际温度信息采集。初次使用时，设备处于室温状态，可监控采集到程序中的数

据，如果数据不准确，需要考虑硬件接线或是硬件上的接地屏蔽等处理措施。

图3温度采集输入

2温控系统PID控制信号的连接

本温度控制系统设计采用经典的比例积分微分（PID）控制，通过比较温区的设定

温度值和当前实际温度值，如果有偏差存在，将会启用PID控制器中的比例、积