1 引言
傳統的加熱爐電氣控制系統普遍采用繼電器控制技術，由于采用固定接線的硬件實現邏輯控制，使控制系統的體積增大，耗電多，效率不高且易出故障，不能保證正常的工業生產。隨著計算機控制技術的發展，傳統繼電器控制技術必然被基于計算機技術而產生的PLC控制技術所取代。而PLC本身優異的性能使基于PLC控制的溫度控制系統變的經濟高效穩定且維護方便。這種溫度控制系統對改造傳統的繼電器控制系統有普遍性意義。
2 加熱爐溫度控制系統基本構成
加熱爐溫度控制系統基本構成入圖1所示，它由PLC主控系統、移相觸發模塊整、流器SCR、加熱爐、傳感器等5個部分組成。該加熱爐溫度希望穩定在100℃工作（其它工作溫度同樣可以照此方法設計）。
圖1 加熱爐溫度控制系統基本組成
加熱爐溫度控制實現過程是：首先傳感器將加熱爐的溫度轉化為電壓信號，PLC主控系統內部的A/D將送進來的電壓信號轉化為PLC可識別的數字量，然后PLC將系統給定的溫度值與反饋回來的溫度值進行處理，給移相觸發模塊，再給三相整流電路（SCR）一個觸發脈沖（既控制脈沖），這樣通過SCR的輸出我們控制了加熱爐電阻絲兩端的電壓，也既加熱爐溫度控制得到實現。其中PLC主控系統為加熱爐溫度控制系統的核心部分起重要作用。
3 PLC控制系統
3.1 PLC控制系統的硬件配置
在加熱爐溫度控制系統中PLC采用日本三菱公司FX2N，其硬件采用模塊化設計，配合了多種特殊功能模塊及功能擴展模塊，可實現模擬量控制、位置控制等功能。該系列PLC可靠性高，抗干擾強、配置靈活、性價比高。本溫度控制系統中PLC我們選擇FX2N-48MR-001型，它與外部設備的連接如圖2、表1所示。
圖2 PLCI/O接線圖
表1 PLC I/O地址分配表
3.2 流程設計
根據加熱爐溫度控制要求，本系統控制流程圖如圖3所示。
圖3 加熱爐控制流程圖
3.3 控制算法
由于溫度控制本身有一定的滯后性和慣性，這使系統控制出現動態誤差。為了減小誤差提高系統控制精度，采用PID控制算法，另外考慮到系統的控制對象，采用增量型PID算法。
△V(n)=U(n)-U(n-1)
+
[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]}=KP{△e(n)+
e(n)+
[△e(n)-△e(n-1)]}
式中e(n)、e(n-1)、e(n-2)為PID連續三次的偏差輸入。△e(n)、△e(n-1)為系統連續兩次執行的誤差。KP為比例放大系數T、TI、TD分別為采樣周期、積分時間、微分時間。
當加熱爐剛啟動加熱時，由于測到的爐溫為常溫，sp-pv＝△U為正值且較大，△U為PID調節器的輸入，此時PID調節器中P起主要作用，使SCR為最大電壓給加熱爐加熱。當加熱爐溫度達到100℃以上時，sp-pv＝△U為負值，經PID調節，使SCR輸出電壓減小，加熱爐溫度降低。當溫度正好達到100℃時，△U為零PID不調節，此時SCR輸出的電壓正好平衡加熱爐消耗的熱量，系統達到動態平衡。
3.4 K型熱電偶分度電壓擬合
（1）根據具體問題，確定擬合多項式的次數為n。
（2）由公式
Sk=
(k=0,1,2, ……2n)
tr= yi
(r=0,1,2, ……n)
計數出Sk與Tr
（4）解正規方程組 求出a0，a1，…，an
（5）寫出擬合公式多項式Pn（X）=
一次多項式也叫作線性擬合。由上述方法可擬合出K分度電壓隨溫度變化公式為：V=0.04T（其中V為電壓，T為溫度）。此擬合公式是在溫度從0℃到120℃之間變化的近似公式，因此正規方程只用到S0、S1、S2擬合的多項式次數為n＝1，電壓隨溫度的變化可近似為線性變化。如果溫度變化范圍比較大，則電壓隨溫度變化為非線性變化，上述電壓隨溫度變公式需要重新擬合，擬合多項式的次數也必然大于2。
3.5 系統調試
系統調試分為兩大步驟，一是系統軟件調試；二是系統硬件調試。
（1）系統軟件調試。系統軟件調試是在PC機上進行，我們將PLC控制程序輸入PC機后，根據運行要求，設定若干數字開關量，模擬量，對系統的每一個功能進行檢測測試并在此基礎上不斷完善程序以達到系統要求。
（2）系統硬件調試。相應的系統硬件也是在實驗室里進行，用一個設備來摸儀控制對象。首先檢查設備的諸個單元是否合乎要求，其次將軟件和硬件結合起來進行測試。并不斷完善PLC軟硬件的配置以達到最優的結果。
4 結束語
加熱爐溫度控制系統采用成熟的PLC技術和電力電子技術，采用軟硬件結合，較好的解決了傳統加熱爐溫控系統中出現的問題。針對我國大部分的加熱爐用戶來說本系統將是一個比較理想的溫控系統。