重点阐述智能型高低温湿热交变可程式恒温恒湿试验箱PID控制新方法的应用
    高低温试验箱PID控制的实现涉及较多专业知识, 因此, 有必要对控制系统的结构及组成进行分析, 明确温度控制原理, 设计满足要求的控制系统, 以促进其更好的应用, 不断提高高低温试验室控制水平, 为试验的顺利实施创造良好条件。
一、PID控制系统结构
文中探讨的高低温试验室PID控制新方法基于PID控制系统, 该系统主要由PC机、PLC构成, 通过控制柜完成对制冷机组、加热器的控制。同时, 在PLC控制下, 利用PPI电缆作为上位机自由端口通信介质, 结合现场数据情况, 对图形显示、数据进行管理。在该系统控制下, 可将温度调整至-100℃~+200℃范围, 而且精度控制在±1℃。
该控制系统中主回路是重要部分, 设计时需综合分析被控制设备的数量及特点。本文设计的制冷机组共两套, 为M1、M2, 分别被接触器K1、K2进行控制。为保证试验箱中温度的均匀性, 使用K3接触器对室内风机进行控制。另外, K4和K5负责对两套加热器进行控制, 使用固态继电器SSR控制其加热。
同时, 使用S7-200作为PLC的CP模块, 扩展模块使用EM231。整个系统中pt100传感器通过EM231获取试验箱中的温度。为保证测量精度, 设计时运用三线制接法。另外, 输出端的Q0.1与Q0.0分别负责控制两台制冷机, 而Q0.3与Q0.4负责控制两套电加热器, Q5控制试验箱中的照明。
温度控制算法由上位PC机负责, 在PPI支撑下将计算结果传输给PLC, 通过SSR由Q1.0控制电加热器的加热情况。
二、PID温度控制原理
PID温度控制的实现主要在PID算法下进行, 并需结合控制过程对PID参数整定进行认真分析, 构建专门的PID参数生成系统。系统由上升段T1、恒温段T2、降温段T3以及恒温段T4四控温段构成。为满足试验温度控制精度要求, 确保实际温控曲线更好的与设定曲线匹配, 做好PID参数整定尤为关键。本文构建PID参数生成系统, 并由以下矩阵确定控温段的控制参数:
在上位PC机上可方便对PID参数生成系统进行编程。另外, 针对一些特殊参数, 需要在调试系统中加以确定。另外, 系统运行中需在增量式PID算法的基础上, 运用位式输出满足系统输出要求, 即, 在周期T时间内, 在参考PID输出归一化结果的基础上, 确定SSR的导通时间。
三、PID控制系统的应用
为保证PID控制系统在高低温试验室中更好的应用, 应用时应注重以下内容的认真落实:
1. 做好应用准备
本文设计的PID控制系统, 结构复杂, 涉及的专业知识较多, 系统能否正常运行直接影响应用效果, 因此, 应用时应做好充分的准备, 加强技术攻关, 保证PC机和PLC之间的通信、控制试验箱温度以及数据管理编辑曲线等功能的顺利实现。首先, PC机和PLC之间的通信时, 主要应用PPI电缆, 将PC机、PLC的COM、自由端口相连, 为两者提供信息传输通道。其次, 控制试验箱温度时, 主要应用PID参数生成系统以及PID控制算法实现, 因此, 做好PID控制算法研究, 保证算法的合理性尤为重要。后, 试验会产生大量数据, 应用中需应用专门的数据库, 负责管理试验产生的图形以及数据信息。同时, 借助曲线编辑程序, 实现曲线编辑功能。另外, 为方便试验人员操作, 应用时应设计友好的交互界面, 符合试验人员操作习惯。
2. 编写合理软件程序
为保证高低温试验箱中PID控制新方法良好的应用, 需要专业的软件系统支撑, 编写的软件需实现以下功能: (1) 试验中发生故障, 能够自动检测并发出警报; (2) 能够实现对数据库的管理, 并具备报表打印功能; (3) 能够实时显示出温度曲线, 并支持缩放; (4) 可随意设置投入制冷机、加热器个数以及相关参数, 满足试验对温度控制的要求。
3. 做好软硬件调试
在完成硬件、软件设计后, 为及时发现与解决系统运行中存在的问题, 应做好软、硬件调试工作。一方面, 明确调试操作。设计人员应结合高低温试验室控制要求以及系统各功能, 明确调试操作细节, 按照一定的流程与规范开展调试工作。另一方面, 及时解决系统中的不良问题。调试工作中, 一旦发现问题应认真分析是硬件问题, 还是软件问题, 分析问题出现原因, 及时加以解决, 保证各项功能顺利实现。
终将设计的系统应用在试验箱中温度控制中, 不仅操作方便, 而且控制精度达到预期要求, 具有较好的推广价值。
四、结论
高低温试验箱是工业生产、科学研究常用设备, 为保证相关试验的顺利进行, 积极采取有效方法, 不断提高试验箱控制精度与水平, 成为业内人士讨论的热点。本文探讨的PID控制新方法基于新设计的系统, 通过研究得出以下结论:
(1) 本文设计的PID控制系统主要由PC机、PLC构成, 设计中除保证两者间正常通信的同时, 还应明确温度控制原理。本文通过PID参数生成系统以及PID算法, 为温度控制的实现提供支撑。
(2) 设计中除完成硬件设计外, 系统的正常运行还需要软件系统支撑, 因此, 还应根据试验要求, 保证软件设计的合理性。
(3) 将本文设计的PID控制系统应用在高低温试验室中, 不仅操作方便, 功能强大, 而且控制精度满足试验要求, 具有较高的推广与应用价值。