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重点阐述智能型高低温交变步入式恒温恒湿试验箱PID控制新方法的应用

高低温试验室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控制系统结构重点阐述智能型高低温交变步入式恒温恒湿试验箱PID控制新方法的应用
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*-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CPU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温度控制原理重点阐述智能型高低温交变步入式恒温恒湿试验箱PID控制新方法的应用
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
为保证高低温试验室中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佳问题。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
高低温试验室是工业生产、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。重点阐述智能型高低温交变步入式恒温恒湿试验箱PID控制新方法的应用
(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。重点阐述智能型高低温交变步入式恒温恒湿试验箱PID控制新方法的应用

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