基于ePLC的智能炉温控制系统研究及应用

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我国在炉温控制系统方面研究起步较晚,绝大部分炉窑设备的温度控制系统主要采用温控仪,少部分采用可编程逻辑控制器(PLC),两者都存在系统可扩展性差,性价比低等缺陷。2011年,杭州电子科技大学浙江省嵌入式重点实验室基于CASS平台提出了ePLC(embedded PLC,嵌入式PLC)的概念。ePLC最大的特点在于能将PLC的开发方式应用于专用控制器上,具有软硬件易扩展、高开发效率、高可靠性等特点。因此,研究基于ePLC的炉温控制关键技术,设计基于ePLC的炉温控制系统,对提高炉窑控制系统的性能和技术水平,具有重要的现实意义。论文根据炉窑烧制工艺的特点,提出了用带死区的增量式PID控制算法用于控制煤气压力。该控制算法具有误动作小、手自动切换时冲击小、不易溢出,并且不会因频繁操作而引起震荡的特点,能有效地控制煤气压力,从而实现控制炉温的效果。为了达到最优的控制效果,提出用遗传算法来优化比例阀的最小开度,在炉窑烧制过程中实时采集煤气压力数据,建立样本,实施最小开度的优化。这两个控制算法采用C语言编程,以功能块的形式嵌入控制程序的梯形图中。针对优化最小开度耗资源的缺点,论文提出了多线程控制方式,通过线程调度和同步策略,使循环周期扫描逻辑控制线程与智能优化线程相互协调,在不影响压力控制实时性的情况下,智能优化线程在CPU空闲时间运行。炉温控制系统采用软硬件协同设计的方案,层次化的软件设计和模块化的硬件设计方便了系统的开发和设计,采用CASS平台实现了系统的软硬件设计功能,为ePLC在智能控制方面的应用提供了一次探索和尝试。系统已在一座青瓷炉窑实际应用,通过实验数据分析,充分证明了该智能控制系统的可行性和实用性。
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