解决方案

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mc200系列plc在灭菌干燥机上的应用

系统配置图:

    plc 采用 mc200-3232bta ,扩展模块采用 mc200-4tc ,接入了 2 个测温用的热电偶信号,触摸屏采用的是 mz600-tt07s 。如下图为控制系统结构图:

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温度控制方式和策略

    温度控制是灭菌干燥机的最主要功能。通过精确地控制使温度维持在设定值的± 1 度偏差左右,达到医用器皿灭菌加工的要求;同时工作温度应该在开机后尽快达到要求,预热和波动时间都不能太长。

此干燥机的加热元件采用 7 组红外加热管,每组加热管各由 1 个交流接触器控制电路通断。由于 7 组红外加热管的功率很大,因此在运行中不能始终调节全部加热管来控制温度,否则温度难以控制,波动时间很长。

以下第 1 点说明分段快速加热控制,第 2 点说明精确温控的控制策略;

           1 、设计采用了分组快速加热的方式,加快预热的过程;

在设定与实际的温差大于 50 度的时候, plc 会把 7 组加热管全部投入加热过程。当设定与实际的温差小于 30 度时, plc 将关闭其中 3 组红外加热管,剩下的 4 组加热管继续加热。当设定与实际的温差小于 15 度的时候, plc 再关闭 2 组加热管,同时对最后两组加热管的加热过程进行 pid 调节。

通过这种方式,系统预热时间大大缩短,波动的响应加快了。上述多个温度切换点是通过调试时找到该设备加热管的热惯性后来确定的;

    2 plc 采用固定加热周期和可变加热脉宽调节的方式来控制稳定加热过程;

系统在最后 2 组加热管工作的时候,通过改变固定加热周期中的加热时间脉宽比例,实现了 pid 调切的控制策略;

          3 、比例带与比例系数;

对某些常用的温控策略设计中,人们常在 pid 设置中引入“比例带”的概念,也就是在确定比例系数时,先单纯考虑比例调节,以一个固定 pv-sv 的精度差值来确定比例值;

比如,单纯考虑比例调节,当希望达到的温度差值为± 10 度时,则以 10 度为精度数据,当 pv 小于 sv 且温差在 10 度及以上时, pid 输出则为最大输出( 100% )。当温差小于 10 度,则按线性减少,直到没有温差时输出 0%

在这个例子中“比例带”就设为 10 度。可以通过这个比例带来推算出比例值 kp 。对于 mc200 plc ,由于 pid 输出值一般设定为 0~32767 ,因此 kp=32767/10 ,即 3276.7