摘要：该论文在PLC(可编程序控制器)的基础上，采用传统的PID控制与模糊控制相结合的控制方案，实现了控制算法的总体设计。设计了一个基于PLC和组态软件的加热炉温度控制系统，该系统基于32位Windows平台，提供了一个实用的加热炉温度自动控制系统解决方案。
可编程控制器(PLC)是一种数字操作电子系统，它克服了继电器触点控制系统中机械触点连接复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。组态软件是自动控制系统监控级的软件平台和开发环境。通过灵活的配置方式，为用户提供了通用的软件工具，快速构建工业自动控制系统的监控功能。
本课题将主要使用西门子S7-200PLC和MCGS组态软件相结合，利用PLC可编程控制器来实现转炉温度的智能控制，并利用MCGS组态软件进行模拟实验。
关键词：plc，干燥剂生产，光缆
1.温度控制系统的研究
为了响应我国改善生态环境、节能减排、造福下一代的号召，我国的大部分工业生产都开始了开源节流的一种生产模式，因此必须要提高生产效率和产品质量，这些都是离不开控制系统的。工业的生产效率，产品质量，成本等都与温度、湿度、材料消耗等因素有关。而在工业生产中，产品的质量和成本度与环境等的温湿度有关，就比如制造业中的金属化薄膜电容器的生产，它的金属化薄膜必需要存放在规定的温湿度环境中，还有它的制造过程中的热烘、干燥等，都需要对温度进行严格的控制。通常工业中的加热炉中的温度都是通过温度传感器来检测的，温度传感器将采集到的模拟量经过AD转换后会显示出来，同时也会传输给PLC进行分析处理，而PLC存储器中的程序会根据温度数据来进行相关的控制操作。
2.模糊PID控制
模糊PID控制的工作原理是根据PID控制器的三个参数与偏差e和偏差的变化ec之间的模糊关系，在运行时不断检测e及ec，通过事先确定的关系，根据输入的e和ec进行模糊推理，输出精确的PID控制参数KP、KI和KD，在线修改PID控制器的三个参数，让PID参数可自整定，并用PID控制器控制温度
3.传感器技术
在我们的日常生活中，时时刻刻都需要获取外界的信息，例如温度、光照强度、气味和外界刺激等，而获取这些信息必须借助于感官系统。但是在工业生产中，环境因素对工业的生产效率有很大的影响，我们不能单靠自己感官系统去判断各种环境因素，而为了更好的监控和控制各种环境因素，就需要用到传感器。。传感器可以感知周围的环境或特殊物质，比如温度、光、声和化学成分等，而这些物理量都是非电学量，传感器可以将这些非电学量转换成电压、电流等模拟信号，模拟信号经过AD转换电路后变成数字信号，数字信号再经过中央处理单元的处理后便输出，得到的就是一个数据显示，这可以很直观的表示出当前的环境因素。
传感器有静态特性和动态特性，静态特性是指每个被测量的数据在基本稳定的状态下的输出与输入之间的函数关系，而灵敏度、分辨率、重复性、稳定性等是传感器静态特性的主要指标；传感器的动态特性是指输入量的响应特性随时间而变化，通常用传递函数等自动控制模型来描述传感器的动态特性，其功能是利用物理效应、化学效应、生物效应，将物理量、化学量、生物量等被测量转换成满足需要的电量。
4.PLC系统的选型
在选型时要根据控制方案的要求来选择PLC的型号，首先根据控制要求，计算出大概需要的输入输出点数，在单个或小规模生产过程中，控制过程主要是条件控制和顺序控制，以开关量为主要因素，I/O点数小于128。
在估算出输入输出点数后选择PLC的输出模式，PLC的负载决定了PLC的输出模式，对于电磁阀开闭、电感负载大、工作频率低的装置，PLC的输出端采用继电器输出或固态继电器输出，各种指示器、变频器、数字直流调速器的启停应采用晶体管输出。因为本课题的的负载是升温设备和降温设备，所以需要选择继电器输出方式。
根据控制要求设计的程序来选择存储容量，存储容量等于程序容量，而程序容量=K×输入点总数/输出点总数。K为常数，根据系统的复杂程度来确定K值，而本系统是简单系统，因此选用微型PLC。
最后根据PLC 的功能、外部设备特性等，选择有较高性能价格比的 PLC，也就是西门子S7-200PLC，西门子S7-200的主机为CPU226，输入输出点数为24个输入和16个输出。
5.编程软件的介绍
为了实现海底光缆专用干燥剂转炉温度的智能控制，我们需要选择一个编程软件进行开发程序和实时监控程序的执行状态。根据硬件厂商的不同,会有各种不同的PLC编程软件。由于本设计对控制系统的要求是基于32位Windows平台的控制系统，而本文选择的控制系统也是西门子S7-200PLC控制系统，综合考虑我们将使用STEP 7 MicroWIN SP3 编程软件。它的特点是可以与其他设备互联，具有很好的人机交流功能，而且程序编辑功能齐全，可以与PLC西门子S7-200控制系统很好的匹配。
6.智能控制系统的设计
本文设计的是转炉的温度控制系统，温度是主要的被控参数，但是由于缺少实际生产环境的经验，因此本文将使用一个假设的温度值范围，这里假设转炉最合适的生产温度值范围为100℃-300℃，课题所需的温度控制系统的控制效果如下：
智能温度控制系统设置有启动按钮和停止按钮。按下启动按钮，智能温度控制系统的温度控制程序开始运行，温度传感器开始采集转炉的平均温度。本设计有三种表示工作状态的灯。绿灯表示当前转炉的平均温度正常，系统运行正常，不需加热或冷却。如果传感器检测到温度过高，系统会开启降温设备，3min后如果温度还是没有降下来，则红灯会亮起，系统则持续降温；而假如当转炉的温度过低时，升温设备开始工作。3min后，如果温度仍然过低，黄灯会亮起，升温设备继续工作。
为了更好的测量实际温度，我们在转炉的不同位置分别放置了三个温度传感器进行温度采集。我们将三个温度传感器采集到的三个温度值分别标记为T1、T2、T3；温度传感器将采集到的温度转换成模拟信号输入。PLC计算三个温度量的平均值，并与设定范围的最高温度Tmax和最低温度Tmin比较，判断采集到的温度是否在设定的温度范围内。整个系统的温度控制通过PLC梯形图来实现。
7.温度智能控制系统的控制过程
按下启动开关后，程序开始运行。传感器开始检测工作，传感器将采集到的T1、T2和T3三个温度值传输到CPU中，由CPU计算出此时转炉温度的平均值，这里将温度的平均值表示为T。将T与设定范围的转炉的上限温度Tmax和转炉的下限温度Tmin进行比较，若T处于设定的温度范围之间，则转炉的温度是生产的适宜温度，绿灯亮，30min后传感器会重新采集转炉的实时温度。
当传感器采集并经过计算得到的平均温度T过高时，系统的降温设备将执行降温操作，3 分钟后传感器将再次采集事先放置了温度传感器位置的温度，计算求出平均值后再次和最合适的生产温度值范围的Tmax温度和转炉的Tmin温度相比，如果在合适的生产温度值范围里面，则绿灯亮；若温度还是过高，则红灯亮起，蜂鸣器开始报警；若过低，则系统的升温设备开启执行操作，循环执行直至温度处于转炉最合适的生产温度值范围中。
当传感器采集并经过计算得到的平均温度Q小于设定范围的转炉的下限温度Tmin时，系统的升温设备开启执行升温操作，3 分钟后传感器将再次采集事先放置了温度传感器位置的温度，计算求出平均值后再次和最合适的生产温度值范围的Tmax温度和转炉的Tmin温度相比，如果在合适的生产温度值范围里面，则绿灯亮起；若温度还是过小，则黄灯亮起，蜂鸣器开始报警，系统的升温设备开启执行升温操作；如果温度过高，则红灯亮起，蜂鸣器开始报警，系统的降温设备将执行降温操作。采样时间为半小时一次，可对温度进行实时的控制。