采用PWM 方式的PLC恒温控制系统设计

严春平 宋耀华 熊望志

（九江职业技术学院，江西 九江332007）

0 引言

三菱FX 系列PLC是三菱公司开发的一款小型PLC，性价比很高，是工业生产中常用的一款控制器。温度也是工业生产中常见的需要控制的物理量，用PLC实现的恒温控制系统一般采用的是通过模拟量输出模块来进行控制，该控制方式要求配备D/A 模块。本文从另一个角度出发，设计了一种PWM 控制方式，该方式输出的是开关量信号，不需要D/A 模块，可以减少控制系统的成本，具有很高的实用价值。

1 系统组成及运行原理

系统组成框图如图1所示，控制框图如图2所示。系统运行原理如下：通过HMI（三菱触摸屏GOT1000）设定温度值。温度的反馈信号由温度传感器采集，然后送给PLC的模拟量输入模块，经该模块将模拟信号转变成0～4 000 的数值信号送给PLC。当液位高度超过加热棒时，由PLC 自动启动恒温控制，控制规律采用PID 控制，运算结果经过比较后，产生PWM 输出波形，由PLC 数字量输出端口送给固态继电器模块，从而控制加热棒的加热功率，使加热棒根据设定温度与实际温度的偏差自动调节输出的功率，保持温度的恒定。

图1 系统组成框图

图2 系统控制框图

2 系统硬件设计

硬件接线图如图3 所示。PLC 选择的具体型号是FX3U－32MT/ES，属于晶体管漏型输出，该款PLC 是目前三菱公司小型PLC系列里性价比很高的一款，能很好地完成本控制系统的逻辑控制、PID 运算等任务。对温度变送器反馈的信号用A/D 模块采集，采用的是分辨率为12 位二进制的高精度模拟量输入模块，具体型号为FX2N－2AD。温度传感器选择PT100的热电阻，带变送器，测量范围为0～100 ℃，输出信号为4～20mA，送入PLC的模拟量输入通道2。图3中的SB1为手动和自动运行模式转换开关，SB2为启动按钮，SB3为停止按钮，SQ2为上限位开关，SQ1为下限位开关，SB4为系统复位按钮，SB5为系统急停按钮。KA1 为固态继电器输出，KA2、KA3、KA4为黄、绿、红信号指示灯，HA1为系统报警蜂鸣器。

图3 硬件接线图

3 系统软件设计

本文设计的恒温控制系统采用了PID 控制规律，PID 控制是应用于温度控制中常见的一种控制方式，三菱FX 系列PLC提供专用的PID 指令。温度传感器检测到的温度值送入PLC后，经PID 指令运算得到一个0～5 000的整数，把该整数作为一个范围为0～5s的时间t。然后设计一个周期为5s的脉冲，脉冲宽度为t，把该脉冲输出给固态继电器，从而控制电加热棒，即可控制温度，因这种脉冲输出的波形和PWM 波形一样，因此本文称之为PWM 方式。

程序流程图如图4所示，实现PWM 输出的参考程序如图5所示。其中，M1为启动PID 运算时一直处于闭合状态的一个辅助触点，此时本程序将产生一个 周期为5s的定时时间T0，程序中的D100为经过PID 运算后输出的数值，其范围为0～5 000。当T0里面的数值小于D100时，输出Y0，因此将得到一组脉冲宽度根据PID 运算结果而发生改变的PWM 波形。

图4 程序流程框图

图5 PWM 方式输出参考程序

4 结语

通过以上分析可以看出，本文设计的PWM 方式的恒温控制系统，采用PID 运算规律，由固态继电器模块输出PWM 开关量信号给加热棒，加热周期可方便地由程序设定并更改，适应性强。该方法未使用D/A 模块输出，降低了整个控制系统的成本，具有很高的实际应用价值。

［1］常斗南，翟津.三菱PLC控制系统综合应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［2］李金城.PLC 模拟量与通信控制应用实践［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［3］吴启红.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书［M］.2版.北京：机械工业出版社，2010.