基于西门子1500PLC的温（湿）度控制系统设计研究

李文斌

（上海东富龙科技股份有限公司，山西 大同 201108）

真空冷冻干燥技术（称为冷冻干燥技术）是指在低温下冷冻水溶液，然后将其中的水直接升华，而不会在真空状态下变成液态，这确保了干燥后的物料具有基本的物理性能。并且化学性质是恒定的。真空冷冻干燥技术可用于生产抗生素，抗毒素，干扰素，细菌，病毒，疫苗等。广泛用于医药，化工，食品加工，科学研究和一些特殊部门。真空冷冻干燥产品具有天然和活性的优点。它是具有高科技含量和高附加值的环保产品。冷冻干燥控制技术中应用了一些新技术，使得冷冻干燥设备具有更好的工作功能，可以适应更高的设置要求，并可以满足更加复杂的控制环境。可以相信，这将对我国生物制药，食品和其他工业的发展产生一定的推动作用。

1 PLC的特点

可编程控制器PLC有如下特点：（1）高可靠性、抗干扰性：PLC平均运行时间超过200000小时，无故障，可在温度、湿度等不利条件下可靠运行。（2）模块组合灵活：对于工业设施的各种信号，PLC具有相应的I/O模块，人机交互接口，网络接口模块和工业设备。（3）功能高：PLC既具有逻辑、时间、计数和其他连续控制功能，也具有算术、模拟处理功能，控制PID，交通控制，过程控制，网络连接，远程I/O，内部和外部故障和高速数据处理，这是为了满足复杂的工业控制要求。（4）编程简单：大多数程序使用的梯形语言类似继电控制电路，不需要计算机的专业知识；容易理解和掌握一般工程师。（5）安装和维护简单：安装不需要特殊的机器空间和严格的保护，系统可以运行，如果所有的零件连接正确，每个模块都有工作和故障检测设备，大多数模块可以连接在电压下，更换方便，最大限度的空闲时间，为了使生产迅速恢复和快速工作。（6）运行速度快。（7）体积小、重量轻、能量消耗低、生产率高。

2 基于西门子1500 PLC的温（湿）度控制系统设计

2.1 控制系统设计基本原则

（1）满足被控对象的各项性能指标。相关的设计人员在进行设计之前，应该充分的了解实际情况，对现场进行勘察，研究，提前准备好相关的资料，跟负责机械部分以及实际操作部分的人员要密切配合，一起拟定电气控制的方案设计，以此清楚确定控制任务跟控制系统应该有的相关功能，方便在设计的过程当中一起来解决出现的对应问题。（2）确保控制系统的安全可靠。电气控制系统设计中要重视其系统的可靠性，如果系统控制不能满足电气控制系统的安全稳定工作，那么设计出的系统，是很难进行投入使用的。实际的施工过程当中，肯定是需要把可靠性放在第一位，组成冗余控制系统，以此以保证生产安全为目标，去提升产品的质量以及数量。（3）力求控制系统简单。控制系统的构成应当需要简单些，当然，是需要建立在可以保证工作的可靠以及控制的要求能够被满足的前提之下。因为构成简单的控制系统有着实用性以及经济性，不但使用的时候可以方便些，后期进行维护的时候也能够容易些。

2.2 温度传感器选型

温度传感器的类型非常复杂。由于材料，方法和温度测量原理的不同，温度范围和精度会有所不同。因此，应选择不同的温度传感器用于不同的目的。铂电阻pt100是-200至850℃范围内最准确的温度传感器，和热电偶和热敏电阻比较，铂具有良好的物理和化学性质，以及很强的抗氧化性能，高渗透性，高灵敏度和高灵敏度。有两种铂电阻温度传感器：标准铂电阻温度传感器和工业铂电阻温度传感器。对于测量精度，工业铂电阻通常不如标准铂电阻稳定。有两个原因：首先，金属铂及其周围材料在高温下的扩散会污染纯度并降低铂耐温性测量的可重复性。其次，高温下铂电阻温度测量的再现性降低，再现性受应力退火的影响。但标准铂电阻温度传感器也存在价格高、维护困难等缺点。考虑到成本因素，系统采用工业PT100铂电阻作为温度传感器。

2.3 系统整体控制设计

如图1所示，是系统整体硬件设计电路图，首先由测温仪进行温度的测量，并由LCD显示屏进行温度显示，整个过程由PLC进行控制。当温度超过设定范围，蜂鸣器进行报警，此时，单片机控制电路断开，加热装置停止工作，如此进行温度的调控，升温过程与降温过程类似，这样来保证系统温度的稳定。

图1 系统硬件设计电路图

2.4 西门子1500 PLC控制设计流程图

西门子1500 PLC程序设计流程图如图2。

图2 西门子1500 PLC程序设计流程图

FB41是随西门子1500 PLC系统提供的PID运行管理模块。随着比例系数KP的增加，系统的稳定性误差逐渐减小。然而，KP的增加也将导致动态特性的劣化，过冲尺寸的增加和振动的增加。

积分常数TI越小，积分越强，消除静态误差所需的时间越少，但振荡被放大，超出量增加。

积分环节可以解决系统的稳态误差，但在应用积分环节后，系统的响应变慢，灵敏度降低。为了提高系统灵敏度，必须添加差分耦合以区分输入数据和时间。大表明输入变化是严重的应该减缓这种情形。差分时间常数TD影响系统的动态特性，并随着TD增加和超调到TD而减少调谐时间。因此，应该选择正确的TD以获得最佳结果。差分线具有扰动引起的灵敏度问题，降低了系统的稳态。