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高温泵水温控制系统研究论文高温泵水温控制系统研究论文摘要：高温泵试验用水温度控制系统以Ｓ７－３００ＰＬＣ为核心控制模块，调用ＦＢ４１功能块进行ＰＩＤ运算，然后由ＰＬＣ调用脉冲宽度调制器ＦＢ４３将连续变化的模拟量转化为开关量进而控制加热装置。采用分段ＰＩＤ控制，将实际温度值和设定值的偏差分为几个阶段，不同阶段采用不同的ＰＩＤ参数，解决了加热过程中温度超调、波动幅度大以及加热时间长等问题。该方案已应用到实际企业横向课题中，经验证控制精度高、稳定性好。关键词：高温泵；温度控制；分段ＰＩＤ控制随着我国工业化进程的快速发展，高扬程高速泵用于输送高温介质已很普遍。如核电用泵一般都在高温高压条件下工作，其性能及运行可靠性将直接对核电能力及安全产生影响［１－３］。所以出厂前必须对该类泵进行试验。传统的水泵控制系统主要是由继电器控制线路组成，存在诸多不足，本文采用ＰＬＣ控制提高了系统的自动化水平。相对传统水泵微机测试系统而言，其处理速度快、精度高、抗干扰能力强以及实时控制性更好［４－５］。本文以某企业具体横向课题为研究背景，采用Ｓ７－３００ＰＬＣ核心控制系统来实现高温离心泵闭式管路试验，主要分析了温度控制系统，控制过程中采用分段ＰＩＤ控制方法、调用ＦＢ４３功能块将连续变化的模拟量转化为周期性输出的脉冲串，通过固态继电器实现对加热装置的开关控制。１温度控制系统设计１．１温度控制回路组成被试泵为高温泵，做闭式管路试验时需将储水罐内水温加热到指定数值。本试验加热装置是在罐体底部内置的加热棒。控制系统采用Ｓ７－３００ＰＬＣ为控制模块，上位机采用易控组态软件为监控平台，主要进行人机界面设置以及泵的性能分析。利用ＰＴ１００温度传感器进行温度采集，温度信号经过压力变送器后传输给ＰＬＣ的模拟量输入模块ＳＭ３３１，经过ＰＬＣ滤波处理后得到实际温度值，作为过程变量ＰＶ进行下一步计算。利用设定温度值ＳＰ与过程变量ＰＶ的偏差进行ＰＩＤ运算，将ＰＩＤ运算结果以周期性脉冲串输出到固态继电器，由固态继电器控制加热装置，整个控制过程构成一个闭环控制系统。ＰＬＣ通过模拟量采集模块ＳＭ３３１反馈回来的实时温度ＰＶ，获取偏差值ＥＲ，偏差经过ＰＩＤ调节器运算输出，控制加热装置加热时间，以克服偏差，促使偏差趋近于零，温度控制框图见图１。ＰＩＤ输出为模拟量，加热装置的开关为开关量，试验中ＰＬＣ调用ＦＢ４１功能块进行ＰＩＤ运算，然后再调用脉冲宽度调制器ＦＢ４３，ＦＢ４３的脉冲发生器（ＰＵＬＳＥＧＥＮ）一般与ＦＢ４１的连续调节控制器（ＣＯＮＴ＿Ｃ）一起使用，即将ＦＢ４１的输出作为ＦＢ４３的输入。ＦＢ４３的脉冲发生器可以通过调制脉冲宽度，将其输入变量“ＩＮＶ”（＝ＰＩＤ控制器的输出）转换为一恒定周期的脉冲串，即将连续变化的模拟量转化为周期性脉冲串，通过固态继电器实现对加热装置的开关控制。１．２温度传感器数据采集处理罐体上只有一个温度传感器，受外界温度变化及硬件自身精度等因素影响，采集一个温度信号作为过程变量值并不准确。本试验采用均值滤波的方式来保证其准确性。程序中设定每５０ｍｓ取一个温度值并依次排列，顺序取１０个数值，然后去掉最大最小值，剩余取平均值作为实际温度值。均值滤波部分程序如下（该段程序采用结构化控制语言（ＳＣＬ）编写）：ＶＡＲ＿ＯＵＴＰＵＴＰＩＷ＿ＯＵＴ：ＲＥＡＬ；ＥＮＤ＿ＶＡＲＶＡＲ＿ＴＥＭＰＥＮＤ＿ＶＡＲＶＡＲＰＩＷ＿ＩＮ＿ＲＥＡＬ：ＲＥＡＬ；ＤＡＴＡ＿ＳＴＯＲＥ：ＡＲＲＡＹ［０．．９］ＯＦｒｅａｌ；Ｆ＿ＣＯＵＮＴ：ＩＮＴ；ＴＯＴＡＬ＿ＤＡＴＡ：ＲＥＡＬ；ＥＮＤ＿ＶＡＲＴＯＴＡＬ＿ＤＡＴＡ：＝０．０；ＰＩＷ＿ＩＮ＿ＲＥＡＬ：＝ＰＩＷ＿ＩＮ；ＦＯＲＦ＿ＣＯＵＮＴ：＝０ＴＯ８ＢＹ１ＤＯＤＡＴＡ＿ＳＴＯＲＥ［Ｆ＿ＣＯＵＮＴ］：＝ＤＡＴＡ＿ＳＴＯＲＥ［Ｆ＿ＣＯＵＮＴ＋１］；ＥＮＤ＿ＦＯＲ；ＤＡＴＡ＿ＳＴＯＲＥ［９］：＝ＰＩＷ＿ＩＮ＿ＲＥＡＬ；ＦＯＲＦ＿ＣＯＵＮＴ：＝０ＴＯ９ＢＹ１ＤＯＴＯＴＡＬ＿ＤＡＴＡ：＝ＴＯＴＡＬ＿ＤＡＴＡ＋ＤＡＴＡ＿ＳＴＯＲＥ［Ｆ＿ＣＯＵＮＴ］；ＥＮＤ＿ＦＯＲ。２分段ＰＩＤ控制及提前加热补偿２．１分段ＰＩＤ控制方法应用ＰＩＤ控制规律是通过比例（Ｐ）、积分（Ｉ）以及微分（Ｄ）计算获得输出结果，将ＰＩＤ中的微分部分设置为０，则ＰＩＤ控制变为ＰＩ控制。本文的温度控制系统采用ＰＩ控制。温度控制过程中，在设置比例系数和积分时间常数时，要么超调量过大，要么调节时间过长，难以找到一个合适的比例系数和积分时间。如果引入分段ＰＩＤ控制，将比例系数与积分时间作为变量，而不是整个控制过程用一固定值。当设定值（ＳＰ）与过程变量（ＰＶ）偏差较大时，适当加强比例与积分作用，使ＰＩＤ输出在短时间内迅速增长；当偏差较小时，将比例与积分作用适当减弱，让ＰＩＤ输出减速；当偏差很小时，再进一步减小比例与