恒溫恒濕試驗箱十大品牌,華南試驗箱領軍品牌!
技術支持
  您當前的位置:首頁  »  技術支持

高低溫交變試驗箱中PID控制新方法的应用

发布时间:2015-2-15 10:2:6  浏览:

  我国工业与科学技术发展的过程中,温度试验箱越来越多地被运用,这种环境试验设备的的作用是用来做特定的环境试验,进而满足某些相应产品的试验需求,并最终达到检测和鉴定的目的,以往对于试验箱的控制大多是通过仪表结合有纸记录仪来进行的,功能略显单调,不能更完整更高效地完善数据的保存和图形的显示等,基于此,我们以高低溫交變試驗箱爲例,爲其設計了一種微機自動控制系統,主要由PC機和PLC構成,如圖1,爲其系統的結構,並在後續的研究中爲其的應用等展開了分析。

 高低溫交變試驗箱控制系统

1、  高低温实验箱PID控制新方法的结构及组成分析

我们设计的高低溫交變試驗箱控制系统中运用到了PLC和PC机,综合看来,试验箱体积为3m?,运用了西门子PLC S7-200,并通过控制柜实现了对高低温试验箱的加热器和制冷机组等设备的控制,而上位机由PC机构成,其在自由端口的通信方面的作用是由PLC通过PPI电缆实现的,并在此基础上,可根据现场数据进行温度的数据管理、图形显示以及控制决策等作用,为实验的更好更完善进行提供了保障,高低溫交變試驗箱的温度介于-100℃到+200℃之间,相应的温度精度为±1℃,实现的精确性打发下了基础。

高低溫交變試驗箱

2、  高低温实验箱控制系统主回路分析

本次設計中,高低溫試驗箱設備的控制系統的制冷機組分爲兩套,分別是由接觸器K1和K2控制的M1和M2,此外,K3接觸器控制的M3爲試驗箱室內風機,對其的運用可實現室內溫度的均勻,K4和K5分別控制兩套電加熱器,可控制其斷開或接通,並由固態繼電器SSR進行加熱控制,如圖2所示。

高低温实验箱控制系统主回路分析

3、  高低温实验箱控制回路设计分析

我們進行的此次研究中,運用了西門子公司的S7-200系列的PLC進行試驗箱的設備控制,其具有穩定性好,設計靈活的特點,被越來越多地被工控界運用,最明顯的應用便是在分布式控制系統中的運用,本次設計的控制系統中,以被控設備的特點及數量爲依據,我們選用了PLC的CPU模塊爲S7-200,EM231爲其擴展模塊,設計的具體信息如圖3所示。

PLC控制回路原理

如上,在此设计的运用中, 试验箱的温度由Pt100传感器通过EM231获得,在测量精度方面,使用了三线制接法,形成了对测量精度的有效保证,另外,2台制冷机组分别由输出端的Q0.0和Q0.1控制,而试验箱室内风机则由Q0.2进行控制,Q0.4和Q0.3分别控制的为2套电加热器,试验箱室内的照明的控制由Q0.5控制。在我们设计的控制回路中,电加热器的加热控制由Q1.0通过SSR实现,对系统的状态信号S1~S6的输入控制由输入端的I0.0~I0.5来完成其中,S1、S2为指令机组1、2的超压信号,S5、S6为制冷机组1、2电极过载信号,而S3、S4则分别为制冷机组1、2油压故障信号,共同组成了控制回路。

在此設計中,系統的溫度控制算法由上位PC機來是實現,並經PPI實現將運算結果=傳送給PLC,對于SSR的控制,最終是由Q1.0來進行的,具體的流程如圖4所示。

PLC控制程序流程

4、高低溫實驗箱的溫度控制

此设计对于温度的控制,采用了常用的PID算法来进行,实现了实际调节的方便性,并将对PID参数的整定的认真分析贯穿了整个控制过程,在此基础上,设计了一种PID 参数生成器,有效改善了对系统温度的控制效果。本次PID控制对于温度的控制式按照曲来进行的,如图5,共由4控温段组成,分别为恒温段T4,降温端T3,以及恒温段T2和上升段T1四部分,为保证在T2和T4段系统无差以及实现试验中需求的控温精度,使实际的控温曲线跟踪好设定曲线很重要,其中最为关键的技术便是PID的参数整定,随着投入的制冷剂组和加热器的增多和减少和试件种类的改变,试验箱的温度对象参数也要跟着改变,基于此,在设计的过程中,我们为控制系统设计了一个温度控制PID参数生成器,其具体的作用是根据试验情况和控温段的不同生成不同的PID参数,该控温段的控制参数的确定矩阵如下:


式(1)中,設第n個控溫段的PID參數分別爲Pn、In和Dn,系統的基本PID參數有P0、I0、D0,在前述基礎上,第n個溫控段與試驗相關的I、P、和D的系數函數爲Fn(I)、Fn(P)、Fn(D),PID參數生成器通過上位PC機編程是很容易實現,具有一定的適應性,此外,對于特殊的相關參數,獲取的方法也不同,需通過實際系統的調試來實現,除此之外,在此控制、系統的實際運作中,需要采用增量式PID算法,並通過采用位式輸出來實現輸出的需求,也就是在=運用過程中在時間周期T內,對SSR的導通時間的控制按照PID輸出的歸一化(0~1)結果來實施,在此基礎上實現對溫度的有效調節,其控制原理圖如圖5,其中Tf表示實際溫度,Ts表示設定溫度。

 高低温实验箱的温度控制

5  PC机软件设计及应用

在此控制系统的设计过程中,我们运用VB6进行上位PC机的软件设计,这种设计体系下,其在功能方面主要表现为三种任务,其中第一种为实现PC机遇PLC的通信,第二种任务为进行试验箱的温度控制,最后一种任务为实现数据管理与曲线编辑,综合的实现对高低溫交變試驗箱的控制,保证实验的有效进行。

利用PPI电缆通过PC机的PLC的自由端口和COM口,就可实现PC机与PLC的通信,其中的通信波特率为9600bps。而此过程中对于试验箱温度的控制主要是根据PID控制算法和PID参数生成器来进行的,因为实验过程中的数据和图形要通过数据库进行管理,且也需要经常更改温度的设定曲线,基于此原因,控制程序的设计中对于数据管理和曲线编辑程序的设计也是一定要有的,除上述组成部分的设计与应用外,在界面的设计上,应当跟根据高低溫交變試驗箱运用的需要,整合动画图形等现有的先进科学技术,进而达到操作方便且力求界面友好的效果,要吸引用户,满足用户的审美标准。试验箱软件的具体功能大致分为五种,分别为:(1)实验过程中各种故障报警功能;(2)任意设定控温曲线及相关控制参数;

(3)實驗數據庫管理機報表打印功能;(3)實時顯示溫度數據曲線,及縮放功能;(5)可以在進行高低溫實驗的過程中對每個控溫段投入的加熱器及制冷機個數進行任意設定,以達到試驗對溫度的各種需求。保證試驗的有效進行。

6  结束语

綜上所述,本文通過對高低溫交變試驗箱微机控制系统的设计及应用进行分析研究,得出了高低溫交變試驗箱中PID新方法具有操作简单,功能强大以及运行可靠的控制效果,相比于传统的仪表控制方式,高低溫交變試驗箱中PID新方法具有界面友好、时间简洁以及可管图形、数据等诸多优势,特别是上位PC机的强大图像显示效果,远超传统控制仪器的控制, 经我们后续的研究探讨发现,高低溫交變試驗箱中PID新方法的控制原理具有广泛的适用性,可在其他种类的环境试验设备中进行运用前景广阔,颇具推广价值。应当大力推广使用,促进实验的高效进行,进而促进我国科技的不断发展。

更多关于高低溫交變試驗箱中PID控制新方法的应用,请下载附件:高低溫交變試驗箱中PID控制新方法的应用

返回首頁  |  關于我們  |  産品中心  |  公司動態  |  技術支持  |  産品視頻  |  聯系我們  |  網站地圖 粵ICP備14084135號

版权所有:东莞市巨亚检测仪器设备有限公司   24小時免費服務熱線:400-8017-262  地址:廣東省東莞市常平鎮土塘第一工業區  郵編:523000
致力于恒溫恒濕試驗箱,高低溫交變試驗箱,冷熱沖擊試驗箱,紫外老化試驗箱等檢測儀器的研發與生産,價格實惠,質量上乘!