快速温度变化试验箱控制系统软件设计

 
 
 
 
快速温度变化试验箱控制系统软件程序包括两部分：PLC程序和温控器程序。控制软件结构框图如图4所示。PLC程序是在STEP7 V 4.0环境下，使用梯形图语言进行编写，采用模块化控制思想，有主程序和若干子程序组成，主要用来控制压缩机、加热器、电磁阀等被控对象，使其按照一定的控制要求实现逻辑顺序控制。PLC程序主要的子程序有自动运行、报警处理和辅助功能等。
自动运行主要包含压缩机运行、加热器运行、电磁阀运行等三部分。设备在调试的过程中，可以使用手动控制；当设备在做定点试验或循环程序试验时，用户通过触摸屏设定好试验温度和试验程序以后，系统将执行自动运行程序。根据控温系统的工作要求，PLC控制器会根据程序的逻辑控制关系来实现对各个旁通阀、制冷阀等各个电磁阀、制冷压缩机、加热器的启停控制。对于两级制冷压缩机的控制，除了在电路连接上做了互锁以外，在程序逻辑上也增加了条件限制，即低温级压缩机必须在高温级压缩机开启以后，通过一定的延时才能启动，从而保证了系统的安全运行。
 

 
 
为了保证快速温度变化试验箱的安全运行，该控制系统设置了大量的报警信息，如相序报警、压缩机过载报警、加热器过载报警、超温报警、高低压报警、水流量报警等十多个报警信息。当有报警信息输入时，PLC会根据不同的报警信号做出不同的处理，同时这些报警信号也会传送给温控器，通过触摸屏实时显示报警信息，并提醒用户及时解除报警。除此以外，PLC程序还完成了对玻璃加热器、门加热器、照明灯、蜂鸣器等辅助设施的控制。
 

 
 
 
由于优易控厂家已将U M C 1200系列温湿度程序控制器做了完整封装，因此，在做温控器控制程序时，只需通过触摸屏对其系统设置中的一些主要参数进行设置，并进行相应的简单逻辑编程即可。主要系统设置包括报警设置、Is温度设置、E VT设置、DO设置以及PID参数设置等。由于温度传感器检测的实时温度信号仅仅传送给了温控器，而没有进入PLC控制器，所以为了让控制系统更好地运行，根据实际工作要求，温控器设置了大量的温度偏差报警，温度偏差范围报警，值温度报警等，经过简单的逻辑关联，通过温控器的输出将信号传送到PLC控制器，相当于实现了温控器与PLC的简单的开关量信号通讯。系统在控温阶段时，温控器会根据自身的AT自整定，自动计算出所需要的PID参数，通过温控器自身的PID控制来完成对控温精度要求的实现。为了达到快速升温和快速降温的要求，试验箱装备了大功率的制冷系统和加热系统。在快速降温过程中，当箱体内的温度接近目标温度时，系统会开启加热器，通过加热器产生的热量去平衡制冷系统所产生的冷量，以此来达到平稳过渡、减少温度负过冲的目的。但是，由于温控器的PID运算本身的局限性，通常是当温度出现负偏差以后才会快速的增加热输出，这样就很容易出现负过冲现象。
 
 
 
 
因此，制冷系统增加了一些旁通阀，通过设定不同的温度报警点，在不同温度点时开启不同的旁通阀，以减少进入箱体内的冷量，从而有效的防止了快速降温过程中的负过冲现象。在快速升温过程中，当温度接近目标值以后，PID运算才会减少加热器的输出，同样受PID运算的局限性以及加热器余热的影响，此时会存在温度正过冲现象。为此，将加热器分成三组来分别控制，一组受温控器的热输出控制，另外两组受PLC控制。在接近目标温度时，逐渐减少加热器的组数，从而有效的解决了正过冲现象。另外，根据用户的要求，通过温控器上的以太网接口与上位机相连，实现了远程网络监视和控制。
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