针对物料加工和锅炉加热自动温度控制系统响应慢、精度低的问题，提出了一种基于PLC的温度控制系统的设计方法，通过风机和加热板实现箱体温度控制。详细分析了系统的硬件设计和软件设计。本文采用传统的PID控制和比较流行的模糊控制相结合的控制方案来实现控制算法的整体设计。随后在MATLAB软件中进行仿真，所设计的系统具有良好的稳定性、精确性和鲁棒性。
1导言
现代传感技术和控制方法正在不断创新，实时温度控制比以往任何时候都要求更高的精度和更快的响应速度。温度控制广泛应用于生产和工业控制过程的各个方面。例如，在钢铁冶炼过程中，待烘烤的钢铁需要进行热处理以达到其性能指标；塑料定性过程也需要保持一定的温度范围。事实上，温度控制系统是一个具有多变量、时变参数的大惯性、纯滞后的复杂过程对象。目前，大多数情况下采用PID控制方法【1】。这样，对于不同的控制对象应该选择不同的PID参数，这需要一些实践经验。作为一种语言控制器，模糊PID控制模仿人类思维和经验的方式来实现其控制过程，因此可以更接近地反映控制器的最佳控制行为。具有很强的鲁棒性和控制稳定性，可适用于不同的控制对象。模糊控制与广泛应用于工业控制的PLC的结合是该研究领域的热点之一。因此，本工作涉及使用基于PLC的模糊PID控制技术，通过风扇和加热板设定系统温度来控制箱体温度。
2系统设计
在本设计中，温度控制系统由硬件和软件组成。
2.1系统硬件
在系统的硬件部分，采集模块使用温度传感器来测量被测对象的温度，并将温度信号转换为电信号【2】，然后将电信号传输到温度变送器，在温度变送器中将电信号转换为4 ~ 20mA电流信号，以便于PLC扩展模块中的模块EM235进行模拟信号输入。EM235接收数据，这些数据将直接发送到PLC输出控制文本显示器（显示温度）和温度控制装置【3】（加热和冷却装置）。系统框图如图1所示。
2.2系统软件
本系统的软件采用西门子公司的流行编程软件STEP7 for PLC200进行软件编译【4】，温度控制装置采用模糊PID算法进行温度控制，通过MATLAB仿真软件进行仿真。
图1显示该系统由四个模块组成:采集模块、控制模块、显示模块和执行模块。采集模块包括PT100温度传感器和温度变送器。PT100温度传感器与温度变量一起工作，该变量可以转换为标准化的输出信号。该仪器主要用于测量温度和控制参数的工业过程。温度变送器是一种信号转换装置，负责将温度传感器采集的信号转换为4 ~ 20mA的电信号。这对PLC200识别和采集温度信号非常方便。控制模块选用西门子PLC200作为核心控制器，完成温度信号的采集、信号处理和信号传输。使用TD200文本显示器的显示模块可以更好地与PLC兼容，以完成数据传输。该显示模块显示当前温度和期望温度。执行模块通过PLC控制的冷风风扇和加热电阻完成升温或降温的指令，最终使温度达到恒定值。
3模糊PID控制技术
模糊控制器是近年来发展起来的一种新型控制器。这种装置的优点是不需要被控对象的精确数学模型。相反，控制决策表是根据手动控制规则来组织的，然后确定控制变量的大小。
3.1模糊PID控制:原理和规则
CPU根据系统偏差（偏差=给定值–反馈）和偏差变化率（偏差率=当前周期偏差–上周期偏差）查询相应的模糊控制表，得到Kp、Ki和Kd的设定值。然后执行PID操作。
模糊控制规则的形成来自操作员或专家，他们利用自己的知识和经验来制定许多控制决策表。这些规则可以用自然语言表达，只是一般要形式化。目前设计的模糊控制器基本上用于模糊控制过程，而系统与设定值的偏差及其变化率被作为模糊输入。
这种方法不仅保证了系统的稳定性，而且减少了超调和振荡现象。
3.2模糊PID控制算法
PID控制对于线性时不变系统的控制非常有效，但对于非线性、时变复杂系统和具有核模型的系统控制效果不佳。值得注意的是，模糊控制器很容易实现对复杂和模型不确定系统的有效控制。请注意，模糊控制器缺少积分环节，因此很难完全消除模糊控制系统中的静态差异。此外，在变量分类数量不足的情况下，经常会在平衡点附近发现小的振荡。如果将这两种控制方法结合起来，就可以形成一种兼有两者优点的模糊PID控制器。
有几种方法可以用来将模糊技术与PID控制算法相结合以形成模糊PID控制器:一种是使用模糊控制器，允许PID控制器在线获得其自调整PID参数，从而形成模糊自调整参数PID控制器；另一种是在大偏差范围内采用比例控制，而在小偏差范围内采用模糊控制。这两种控制模式可以根据预先设定的偏差阈值进行切换，构成模糊-P双模分段控制器。类似地，多模式分段控制算法可以被设计成根据不同的条件和要求以不同的控制模式实现子分段。