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[摘 要]沸腾干燥机的应用范围十分广泛，包括制药工业、食品工业等，在其实际运行工作过程中，对温度的有效控制，有利于提升其生產效率与生产质量。基于此，本文就PLC下沸腾干燥机的PID温度控制系统进行分析，主要包括该系统设计过程中的硬件与软件设计方案，并进一步探究了该系统的实践应用。
[关键词]PLC；沸腾干燥机；温度控制系统
中图分类号：TG454 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0283-01
前言：沸腾干燥机的温度控制精度，将会直接影响相关产品的质量，因此，探究高精度的沸腾干燥机PID温度控制系统，对提升相关产品质量具有重要意义。本文以药品生产领域的沸腾干燥机为例，在实际生产过程中，沸腾干燥机被应用于粉料混合之后，对混合粉料进行干燥处理，设备当中的加热管，加热时对温度的控制不够灵敏，容易导致温度超出药品制造的允许范围，进而造成变质、分解甚至失效等不良状况。
1.基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的硬件设计
PLC即可编程逻辑控制器，在设计基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的过程中，可采用小型的PLC，如西门子公司生产的CPU224XPCN。在实际应用时，利用CPU224XPCN构建控制系统，主要途径就是扩展输入与输出智能控制模块，最终形成的差异化控制系统，能够有效融合传统继电器控制功能、现代化的智能控制功能、闭环控制功能等。
另外，在硬件设计部分，也可利用S7-200PLC的串行通信功能，将数据传输到MCGS触摸屏，并继续利用MCGS触摸屏，对控制参数进行有效设置，进而传输回PLC，形成完整的MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏，也就是实现上位机人机界面、下位机利用PLC完成过程控制监控。
2.基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的软件设计
以某生产工厂采用的FG330高效沸腾干燥机为例，该产品原理如下：空气净化加热之后，由引风机从下部导入，穿过料斗的网板之后，在工作室内进行搅拌与负压作用，最终形成流化状态；不断进行大面积气固两项对流干燥，水分蒸发后被排气带走，实现对物料的干燥。其温度控制系统采用CPU224XPCN作为主机，并利用热电偶对热风温度数据进行有效采集；同时利用扩展温度数据采集模块，对相关数据进行有效处理；经过一系列的处理之后，将所得数据继续输送至PLC；PLC会输出模拟信号到伺服控制器，最终实现精准控制伺服电机转速的预期效果。在此基础上，利用PID算法实现系统内部的闭环温度控制，通过MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏，实现上位机操作界面。
在软件设计过程中，要列出PLC的输出量与输出量情况，如此才能进一步展开I/O地址分配。在S7-200PLC的专用编程环境下，进行PLC程序设计，能够实现指令表、梯形图、功能图等多种编程方式的设计，同时还可以对程序设计进行结构化处理。就药品生产过程中的沸腾干燥机PID温度控制系统来说，梯形图编程方式的应用更为普遍。
3.基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的实现
3.1 PID算法
PID算法的原理如下所示：
即PID控制器的输出M与时间t之间，构成了函数关系，等号右侧，可以视为比例项、积分项、微分项以及常数项的和。需要注意的是，式中的每个量都为连续量[1]。计算机进行周期性采样与离散化PID运算时，计算过程如下：
Mn=Kc·（SPn-PVn）+Kc·（Ts/Ti）·（SPn-PVn）+MX+Kc·（Td/Ts）·（SPn-1-PVn）
3.2 PID控制系统
在系统设计过程中，相关结构分别采用了S7-200PLC、热电偶、冷热空气阀以及温度数据采集模块EM231等，由此控制沸腾干燥机的温度，其过程如下：当温度过高或过低时，利用调节冷热空气调节阀，直接加大冷风量或热风量的输出，进而达到降温或升温的效果，由此实现恒温控制系统的设计效果实现。
利用基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统，对温度进行控制，首先要利用温度设定值输入到数字量SPn，然后利用EM231模块的A/D转换，将反馈输入PV（t）进行转化处理，由此即可形成内部数字量PVn。PVn与SPn在PLC内部做“减”运算，最终获得调节器的输入误差e（n）经上述PID运算之后，得到数字化输出Mn，进而触发电路与变频器，使其投入工作，对加热系统当中的进风口大小与蒸汽阀开度进行有效控制。
3.3 人机界面
在基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统当中，人机界面的设计实现，是完成控制操作的必要环节。其中，界面的触摸屏由MCGS对其进行控制，在相关编辑窗口，可以进行驱动添加、PLC地址选择以及通道添加、关联变量设置等操作，完成一系列编辑操作之后，即可将PLC的I/O结点与相应的MCGS触摸屏、CPU进行相互连接，实现人机界面的的操作功能。
关于人机界面的功能设计，可在PC机上完成，利用通信电缆连接PLC与MCGS触摸屏，界面上每个按钮都有其独特的动态效果，便于现场操作人员对其运行状态进行观察。
3.4 仿真试验
为确保相关温度控制系统的可靠性，对其进行了仿真模拟试验。利用Simulink仿真软件，结合经验整定法、衰减曲线法、Z-N法等PID参数整定法，能够实现对PID参数的有效整定。以Z-N法为例，其基础原理是稳定性分析，整定思路为先比例、再积分、最后微分，在仿真试验过程中，设定控制温度100℃，最终获得的试验结果显示：在上述系统设计实现的基础上，系统的响应速度得到了显著提升；跟随性增强；超调量与稳态误差也显著缩小，实现了高精度控制温度的系统优化目标[2]。
由此可见，基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统，采用了PID控制技术、人机界面交互技术、伺服闭环控制技术，有效进行了对沸腾干燥机温度控制系统的优化设计，最终实现了系统恒温与自动化控制。
结束语：综上所述，对基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统进行研究，有利于推动相关产业的整体发展水平。通过相关研究与分析，能够明确这种较为先进的控制系统的设计与实现办法，充分利用其控制功能，能够有效提升干燥温度的控制精度，进而提升产品生产的合格率。因此，在相关产业与行业的发展进程中，要重视基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的优化设计与应用，充分发挥其作用价值，提升企业生产的综合效益。
参考文献：
[1] 刘洁，刘辉，王立文. 新版GMP下沸腾干燥机的控制系统设计[J]. 机电信息，2015，（14）：16-18.
[2] 林福. 基于PLC的沸腾干燥机的组态摸拟设计[J]. 闽西职业技术学院学报，2013，15（02）：117-120.
[关键词]PLC；沸腾干燥机；温度控制系统
中图分类号：TG454 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0283-01
前言：沸腾干燥机的温度控制精度，将会直接影响相关产品的质量，因此，探究高精度的沸腾干燥机PID温度控制系统，对提升相关产品质量具有重要意义。本文以药品生产领域的沸腾干燥机为例，在实际生产过程中，沸腾干燥机被应用于粉料混合之后，对混合粉料进行干燥处理，设备当中的加热管，加热时对温度的控制不够灵敏，容易导致温度超出药品制造的允许范围，进而造成变质、分解甚至失效等不良状况。
1.基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的硬件设计
PLC即可编程逻辑控制器，在设计基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的过程中，可采用小型的PLC，如西门子公司生产的CPU224XPCN。在实际应用时，利用CPU224XPCN构建控制系统，主要途径就是扩展输入与输出智能控制模块，最终形成的差异化控制系统，能够有效融合传统继电器控制功能、现代化的智能控制功能、闭环控制功能等。
另外，在硬件设计部分，也可利用S7-200PLC的串行通信功能，将数据传输到MCGS触摸屏，并继续利用MCGS触摸屏，对控制参数进行有效设置，进而传输回PLC，形成完整的MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏，也就是实现上位机人机界面、下位机利用PLC完成过程控制监控。
2.基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的软件设计
以某生产工厂采用的FG330高效沸腾干燥机为例，该产品原理如下：空气净化加热之后，由引风机从下部导入，穿过料斗的网板之后，在工作室内进行搅拌与负压作用，最终形成流化状态；不断进行大面积气固两项对流干燥，水分蒸发后被排气带走，实现对物料的干燥。其温度控制系统采用CPU224XPCN作为主机，并利用热电偶对热风温度数据进行有效采集；同时利用扩展温度数据采集模块，对相关数据进行有效处理；经过一系列的处理之后，将所得数据继续输送至PLC；PLC会输出模拟信号到伺服控制器，最终实现精准控制伺服电机转速的预期效果。在此基础上，利用PID算法实现系统内部的闭环温度控制，通过MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏，实现上位机操作界面。
在软件设计过程中，要列出PLC的输出量与输出量情况，如此才能进一步展开I/O地址分配。在S7-200PLC的专用编程环境下，进行PLC程序设计，能够实现指令表、梯形图、功能图等多种编程方式的设计，同时还可以对程序设计进行结构化处理。就药品生产过程中的沸腾干燥机PID温度控制系统来说，梯形图编程方式的应用更为普遍。
3.基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的实现
3.1 PID算法
PID算法的原理如下所示：
即PID控制器的输出M与时间t之间，构成了函数关系，等号右侧，可以视为比例项、积分项、微分项以及常数项的和。需要注意的是，式中的每个量都为连续量[1]。计算机进行周期性采样与离散化PID运算时，计算过程如下：
Mn=Kc·（SPn-PVn）+Kc·（Ts/Ti）·（SPn-PVn）+MX+Kc·（Td/Ts）·（SPn-1-PVn）
3.2 PID控制系统
在系统设计过程中，相关结构分别采用了S7-200PLC、热电偶、冷热空气阀以及温度数据采集模块EM231等，由此控制沸腾干燥机的温度，其过程如下：当温度过高或过低时，利用调节冷热空气调节阀，直接加大冷风量或热风量的输出，进而达到降温或升温的效果，由此实现恒温控制系统的设计效果实现。
利用基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统，对温度进行控制，首先要利用温度设定值输入到数字量SPn，然后利用EM231模块的A/D转换，将反馈输入PV（t）进行转化处理，由此即可形成内部数字量PVn。PVn与SPn在PLC内部做“减”运算，最终获得调节器的输入误差e（n）经上述PID运算之后，得到数字化输出Mn，进而触发电路与变频器，使其投入工作，对加热系统当中的进风口大小与蒸汽阀开度进行有效控制。
3.3 人机界面
在基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统当中，人机界面的设计实现，是完成控制操作的必要环节。其中，界面的触摸屏由MCGS对其进行控制，在相关编辑窗口，可以进行驱动添加、PLC地址选择以及通道添加、关联变量设置等操作，完成一系列编辑操作之后，即可将PLC的I/O结点与相应的MCGS触摸屏、CPU进行相互连接，实现人机界面的的操作功能。
关于人机界面的功能设计，可在PC机上完成，利用通信电缆连接PLC与MCGS触摸屏，界面上每个按钮都有其独特的动态效果，便于现场操作人员对其运行状态进行观察。
3.4 仿真试验
为确保相关温度控制系统的可靠性，对其进行了仿真模拟试验。利用Simulink仿真软件，结合经验整定法、衰减曲线法、Z-N法等PID参数整定法，能够实现对PID参数的有效整定。以Z-N法为例，其基础原理是稳定性分析，整定思路为先比例、再积分、最后微分，在仿真试验过程中，设定控制温度100℃，最终获得的试验结果显示：在上述系统设计实现的基础上，系统的响应速度得到了显著提升；跟随性增强；超调量与稳态误差也显著缩小，实现了高精度控制温度的系统优化目标[2]。
由此可见，基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统，采用了PID控制技术、人机界面交互技术、伺服闭环控制技术，有效进行了对沸腾干燥机温度控制系统的优化设计，最终实现了系统恒温与自动化控制。
结束语：综上所述，对基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统进行研究，有利于推动相关产业的整体发展水平。通过相关研究与分析，能够明确这种较为先进的控制系统的设计与实现办法，充分利用其控制功能，能够有效提升干燥温度的控制精度，进而提升产品生产的合格率。因此，在相关产业与行业的发展进程中，要重视基于PLC下沸腾干燥机PID温度控制系统的优化设计与应用，充分发挥其作用价值，提升企业生产的综合效益。
参考文献：
[1] 刘洁，刘辉，王立文. 新版GMP下沸腾干燥机的控制系统设计[J]. 机电信息，2015，（14）：16-18.
[2] 林福. 基于PLC的沸腾干燥机的组态摸拟设计[J]. 闽西职业技术学院学报，2013，15（02）：117-120.