PLC在固体火箭发动机恒温硫化温度控制系统中的应用

摘要：本文介绍了以FX2N－32MR可编程控制器为核心，采用比例积分微分（PID）算法的温度控制系统。通过它的特殊模块完成硫化温度的采集、显示、分析和处理来实现固体火箭发动机恒温硫化温度的自动调节。保证产品质量，提高了生产效率和自动化水平。 关键词：可编程控制器、硫化、温度控制系统、PID 0引言 PLC作为新一代的工业控制装置，已经在自动化及过程控制系统中得到普遍应用。它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序和定时的功能，可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强。本恒温硫化温度控制系统以PLC作为控制核心，经传感器的实时检测，通过温度变送器的转换处理，以温度为参量来调节电机的转速，控制阀门的开度以达到系统控制要求。 1 固体火箭发动机恒温硫化温度控制系统原理 固体火箭发动机恒温硫化温度控制系统见图1。 固体火箭发动机浇铸后，要求在50℃的恒温下进行硫化；当药柱经固化定型之后，又要求以每小时0.5±0.2℃的降温速度冷却到室温（20℃）。由于发动机高度比较大，在发动机的上、中、下部位温度场的分布是不均匀的，为使温度控制精确，达到恒温硫化，在每一部位的径向截面上设置4个温度变送器。温度变送器装在保温层上，实时检测温度信号，并将此温度信号经PLC送到变频器的模拟信号输入端口，由此构成温度闭环控制系统。当温度低于设定值时，将阀门1、3、4、6打开，热水在回路中循环，鼓风机将通过热交换器产生的热空气介质吹入空气加热层中，气体通过阀门6在管路中循环；当温度高于要求时，将阀门2、4、6打开，鼓风机将通过热交换器产生的冷气吹入保温层中；硫化结束后，将阀门5打开，通过5排气。 2 数据采集温度控制系统 数据采集温度控制系统见图2。 该系统主控单元采用PLC，被控对象为电机，主控参数为温度。PLC采用三菱公司的FX2N－32MR；选配A/D模块为FX2N－4AD，由于系统中有12个传感器，选用3个模块；选配D/A模块为 FX2N－2DA，由于系统中有6个电机，选用3个模块；温度变送器为444TC型，其配用传感器为K，J，T，R，S，E型电偶；变频器选三菱公司的FR—E540—1.5K。 温度变送器将热电偶的非线性微弱信号经信号调理、小信号放大、线性化、环节温度补偿、电压电流环节的处理，输出与被测温度对应的标准化电流信号，经A/D转换，送到PLC进行数字滤波、比较、判断，将控制信号送给变频器，按PID控制规律控制电机的转速，调解阀门的开度，使之实现最优控制。 3 PLC控制系统的硬件电路 在此，仅给出控制一台电机的变频调速电路图，其余五台按同样原理通过五个变频器与PLC相连，I/O地址依次向后排列。PLC控制系统的硬件电路如图3所示，其I/O地址表如下。 4 PLC程序设计 本系统软件包括以下几个主要部分。 (1) 主程序 主程序的功能是设置PLC各特殊功能单元；进行采样、显示；并调用滤波、PID运算子程序完成控制功能,最后,将输出值送入模拟量输出模块。其程序流程图如图4所示。 (2) 平均值滤波子程序 采用平均值滤波,可除掉外界对模拟信号较大的瞬时干扰,其程序框图(略)。 （3）PID运算子程序 本系统采用位置型PID算式： 式中Ｔ为采样周期；ｅ(k)为第k次采样的偏差值；u(k)为控制器输出量；Kp、Ｔi、Ｔd分别为比例系数、积分时间、微分时间；PID运算子程序框图(略)。 5 结束语 （1）该系统投入运行后实现了稳定的温度控制，避免了原系统由于温度偏高或偏低而手动进行调节引起的浪费，节能效果十分显著，系统运行良好，稳定可靠，达到预期效果。 （2）本温度控制系统以PLC为控制核心，用变频器实现恒温控制，实现了自动控制，可靠性高、控制精度高、定时准确，保证硫化产品质量。 （3）该温度控制系统可根据要求灵活设定温度变化点，且可应用于其它的温控场合，具有较高的实用价值。