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基于PLC的闭环控制系统PID控制器的实现

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基于PLC的单神经元PID控制器的设计与实现

基于PLC的单神经元PID控制器的设计与实现
Ｒ Ｎ Ｊ ｎｉ Ｅ ｕ －ｅ ｉ
（ 北京联合大学 自动化学 院 ，北京 １ Ｏ Ｏ ） Ｏ ｌ １ 摘 要 ： 本文对于大滞后 、时变 和非线性的复杂系统 ，常规ＰＩ控制显得无 能为 力。将神 经网络与常规 Ｄ ＰＤ 控制相结合 ，构成单神 经元自适应ＰＤ 制器 。给 出了基于Ｐ Ｃ的单神经元ＰＤ Ｉ Ｉ控 Ｌ Ｉ控制系统结
构 ，重点介绍了单神经 元ＰＤ Ｉ 控制算法原理 ，并用结构控制语言编写 了单神经元Ｐ 控制算法功 Ｉ Ｄ 能块 ，该控制功 能块具有通用性且易于移植 。经 实例证 明 ，与传统ＰＤ Ｉ控制器相比较 ，单神经 元ＰＤ Ｉ控制器可以显著改善 系统的性能。
关键词 ： 单神经元 ；ＰＤ；Ｐ Ｃ；结 构控 制语言 Ｉ Ｌ
的 并 行 结构 和 学 习 记忆 功 能 ，并 且 结 构 简 单 ， 易 于 实现 。 以 Ｐ Ｃ作 为 控 制 器构 成 的 单 神 经 元 Ｐ Ｄ控 制 Ｌ Ｉ
样 时刻控 制器 的输 出值 。
根据 （）式可得 到增 量式 ＰＤ 控制 算法 为 ： ２ Ｉ
Ａ （） ｕｋ ：Ｋ。 （） ｅｋ一）＋Ｋ ｅ ） ［ 一 （ １］ （ ＋ Ｐ
‘
，
（） ３
Ｋ ｌｋ一 ｅ —） ｅ 一 ） ｄ （ ２（ １＋ （ ２Ｊ ｅ） ｋ ｋ
系统 如 图 １ 所示 。图 １中虚线 部分 为单 神经 元 Ｐ Ｄ Ｉ
控 制 器 。检 测 元 件 将 被 控 量 实 际值 Ｙ测 量 转 换 为 １５ 电 压 信 号 或 ４２ ｍＡ 电 流 信 号 ，该 模 拟 信 号 －Ｖ —０
北京联 合大学校级科研项 目 （ｋ ０ ９ ０ ） ｚ ２ ０ ２ ｘ 作者简介：任俊杰 （９ ２ １７ －），女 ，河北石家庄人，讲师 ，硕士 ，主要从事 自动控制和控制工程的教学与研究工作。

基于PLC的智能化PID控制系统设计

基于PLC的智能化PID控制系统设计

的存储管理 ，针对系统特点采用了改进的数据库访问方式 。整个系统具有高可靠性 、稳定性和安全性。
关键 词 ：Ｐ Ｌ Ｃ ；智 能化 ；Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 ；数 据采 集
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｏ ｆ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ＰＩ Ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＰＬ Ｃ
科学技术 （ 责任编辑 ：郑弱 ）
基于 Ｐ Ｌ Ｃ的智能化 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 系统设计
。 闫超 源自（ 中核 辽宁 核 电有 限公 司 辽 宁 葫芦 岛 １ ２ ５ ０ ０ ０） 摘 要 ： 介 绍 了智 能化 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 系统 的搭 建 和 软件 设计 。上 位 机选 用 Ｖ Ｃ ＋ ＋ ６ ． ０ 软 件 开发 多媒 体软 件 界 面 ，实现 系统 的监 控管 理 。下 位机 采用 Ｐ Ｌ Ｃ 智 能化 控制 技 术 ，实 现现 场数 据 的实 时采 集 和现 场设 备 运行 状态 的 自动 控制 。 系统 采用 科 学 的模块 化 管理 模式 ，并 在 后方 建立 实 时数 据库 实现 对数 据
显示 出来。 考虑本系统多媒体智能化控制的现场要求 ，下位机选择台达公司 的Ｄ Ｖ Ｐ 系列的Ｐ Ｌ Ｃ 。上位机 与下位机之 间通过Ｐ Ｌ Ｃ 自 带的Ｐ Ｐ Ｌ 线相连［ ４ ］ 。 ２ ． ２智能 控制 系统 的 主要 功能
ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ， ａ ｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｂ ａ ｓ ｅ ｈ ａ ｓ ｂｅ ｅ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｃ ｕ ｉｔ ｒ ｙ ．

S7-300PID控制说明

S7-300PID控制说明

S7-300的PID控制的方法1、这是一个典型的PID控制系统。

通过模拟量4--20mA的传感器来监视水池的液位，对应PLC的0-27648的工程值，经这个比例转换成水池的液位。

对应的液位是你液位传感器对应的最高量程。

这个值就是PID的反馈值。

阀门调节由量模拟量输出控制阀门调节开度，控制你水池的液位。

2、无法与实际水位对应（读的参数不知道表示什么意思）？在PID调节中有不同的物理量，因此在参数设定中需将其规格化。

参数规格化：1.规格化概念及方法：PID参数中重要的几个变量，给定值，反馈值和输出值都是用0.0~1.0之间的实数表示，因此，需要将模拟输入转换为0.0~1.0的数据，或将0.0~1.0的数据转换为模拟输出，这个过程称为规格化。

规格化的方法：（即变量相对所占整个值域范围内的百分比对应与27648数字量范围内的量）。

对于输入和反馈，执行：变量*100/27648，然后将结果传送到PV-IN和SP-INT，对于输出变量，执行：LMN*27648/100，然后将结果取整传送给PQW即可；2.例：输入参数：SP_INT(给定值）：0--100%的实数。

假定模块的输入变量量程为0-10Mpa,则SP_IN的范围0.0-1.00对应0-10米.可以根据这一比例关系来设置给定值。

例：如给定5.0米SP_INT(给定值）=5.0/(10.0-0.0)*100.0=50.0（50%）PV_IN(过程值，即反馈值）：0--100%的实数。

此值来自与阀门阀位（开度）的相应的压力反馈值。

其范围0.0-1.0对应0-100%.即，当模拟量模板输入为数值为27648时则对应100%（量程的上限），数值为0时则对应0%（量程的下限）。

可以根据这一比例关系来换算PV_IN值。

例：如输入数值为12000时PV_IN(过程值，即反馈值）=12000/27648*100.0=43.403（43.403%）输出参数：当通过PID控制器（FB41）运算后，即得出调节值LMN_PER,该值已转化范围为0-27648的整型数值。

PID控制的基本原理(PLC实现)

PID控制的基本原理(PLC实现)

关于PID 控制一、PID 控制的结构在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。

PID 控制器问世至今已有近60年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID 控制技术。

PID 控制包含比例、积分、微分三部分，实际中也有PI 和PD 控制器。

PID 控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，图1.1中给出了一个PID 控制的结构图：图 1.1 PID 控制的结构图控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式(1.1)表示如下：])(1)()([)(⎰++=dt t e T dt t de T t e K t u id p （1.1） 公式中，)(te 表示误差，也是控制器的输入，)(t u 是控制器的输出， p K 、d T 与i T 分别为比例系数、 积分时间常数及微分时间常数。

(1.1)式又可表示为：)()()(s E sK s K K s U i d p ++= （1.2） 公式中，)(s U 和)(s E 分别为)(t u 和)(t e 的拉氏变换，p K 、d p d T K K =、i p i T K K =分别为控制器的比例、积分、微分系数。

1.1 比例（P ）控制比例控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

1.2 积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。

基于PLC的PID控制系统

基于PLC的PID控制系统

ＰＩＤ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ
ＪＩＡＮ Ｇ Ｈａｉ．Ｔａｏ ，一．Ｗ ＡＮＧ Ｃｈａｏ ，
（Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９，Ｃｈｉｎａ）
（Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｌ １０１６８，Ｃｈｉｎａ）
伺服 电机是指在 伺服 系统中控制机械元件运转 的 发动机，是一 种补助 马达 问变速 装置 ．伺服 电机可 使 控 制速 度、位置精度非常精确，具有 良好 的调速性 能， 近年 来在数控机床 、家 电、汽车等领 域得到 了广泛的 应用．ＰＩＤ具有算法简单 、鲁棒性和可靠性高等优点【ｌ】， ＰＩＤ 控制技术 已经广泛 应用 于工 业控制领域．在直流 电机调速系统中 ＰＩＤ 算法有着举足轻重的作用【２１．可 编程逻 辑控制器 （ＰＬＣ）是 一种 实时性很 强的工业 控制 器，在 自动控制领 域具 有重要地位 ．而随着 集成 电路 技术 和计算机信 息技 术的高速发 展，许 多新技术不 能 使用在 ＰＬＣ系统 中【３Ｊ．面对这个压 力，传 统的 ＰＬＣ也 向具有嵌入式操作系统 的软 ＰＬＣ 方向发展．目前，以 ＡＲＭ 为代表 的高性 能微 处理器促进 了嵌入式系统 的 高速 发展，同时也促进了软 ＰＬＣ的发展，基 于嵌入
（Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｇｏ，Ｃｈｉｎａ）
·
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｖｏ ｍ ｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｔｈ ｅ ｅｘａｍｐｌｅ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＡＲ Ｍ ｍ ｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｃｈｉｐ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍ ｅｎｔｓ ａ ｓｏｆｔ ＰＬＣ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ＰＬＣ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｃｏｍｐｌｅｔｅｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｘｉｎｇ ｂｙ Ｍ ＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＩＤ ｆｕｚｚｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎｎｏｔ ｏｎｌｙ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．ｂｕｔ ａｌｓｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ＰＩＤ；ＡＲＭ ； ＴＬＡＢ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ

基于PLC的中央空调温度控制系统设计毕业设计论文

基于PLC的中央空调温度控制系统设计毕业设计论文

摘要中央空调已经广泛应用于商用与民用建筑中，用于保持整栋建筑温度恒定。

传统的设计中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，所以会造成极大的的能源浪费。

本设计采用变频器、PLC、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。

该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，从而最大程度的解决能源浪费问题。

本设计通过采用基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络，通过西门子TD200文本显示器实现人机界面的设计，使用MCGS工控组态软件，对系统进行理论分析。

通过分析该设计，验证了该设计的可靠性，可以解决中央空调的能源浪费问题。

关键词：中央空调，PLC，PID，变频器ABSTRACTThe central air conditioning has been widely used in commercial and civil buildings, which are used to maintain constant temperature of the building. In traditional design, regardless of the season, day and night, and how the user load changes, the motor is fixed to run at full speed for a long time in the condition of power frequency. It will cause great waste of energy.This design is developed based on the combination of frequency converter, PLC, temperature sensor. It makes up a temperature difference closed-loop automatic control system and automatically adjust the output flow of pump to achieve energy saving. The system adopts the Siemens S7-200 PLC as the main control unit, using the traditional PID to control algorithm, using Siemens MM440 inverter to control of pump speed, to guarantee system adjust load flow according to actual situation. All of these will bring out constant temperature control, so as to solve the problem of energy waste to a great extent.This design use RS - 485 bus communication networks which is based on USS protocol and using the Siemens TD200 to realize the human-computer interface design, and using the software made from MCGS, to carries on the theoretical analysis to the system. Verified the reliability of the design, the design can solve the problem of central air conditioning energy waste through the analysis of the design.KEY WORDS: The central air conditioning, PLC, PID, frequency converter目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 中央空调的发展 (1)1.1.1 中央空调现在状况 (1)1.1.2 中央空调发展趋势 (1)1.2 本设计的意义 (1)1.2.1 设计的主要内容 (1)1.2.2 设计的意义 (2)第2章中央空调系统介绍 (3)2.1 中央空调结构 (3)2.1.1 中央空调概述 (3)2.1.2 中央空调结构 (3)2.2 中央空调系统工作原理 (4)2.2.1 制冷原理 (4)2.2.2 工作原理 (4)2.2.3 中央空调的控制原理 (4)2.3 中央空调的评价 (5)2.4 本章小结 (5)第3章中央空调控制系统的硬件设计 (6)3.1 变频器 (6)3.1.1 变频器的介绍 (6)3.1.2 变频调速的原理 (6)3.1.3 变频器的选择 (9)3.1.4 使用注意的问题 (10)3.2 电机的软启动原理及应用 (11)3.2.1 软启动的介绍 (11)3.2.2 软启动工作原理 (11)3.2.3 软启动的优点 (11)3.2.4 软启动与变频器的对比 (12)3.3 PLC选型 (12)3.3.1 PLC的工作原理 (12)3.3.2 西门子S7—200介绍 (13)3.4 温度传感器 (14)3.5 温度变送器 (15)3.6 人机界面选型方案 (15)3.7 总体硬件设计 (16)3.8 本章小结 (19)第4章软件设计 (20)4.1 PID控制 (20)4.1.1 PID控制简介 (20)4.1.2 PID参数整定 (20)4.1.3 对中央空调的PID控制 (21)4.2 应用软件STEP7 (21)4.3 plc编程 (22)4.3.1 程序流程图 (22)4.3.2 中央空调控制系统的I/O分配表 (24)4.3.3 程序中使用的存储器及其功能 (25)4.3.4 中央空调温度控制系统程序 (25)4.4 设备通讯 (26)4.4.1 RS-485介绍 (26)4.4.2 USS协议软件与S7—200间的通讯 (26)4.5 MCGS组态软件 (27)4.5.1 MCGS组态软件简介 (27)4.5.1 MCGS组态画面 (27)4.6 本章小结 (29)第5章结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)第1章绪论1.1 中央空调的发展1.1.1 中央空调现在状况中央空调行业现在存在着巨大的竞争，这种竞争是产品革新所产生的，产品革新主要围绕低碳环保进行，低碳环保在这个时代有着很重大的意义。

基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计

基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计一、引言在现代自动化控制系统中，步进电机广泛应用于各种精密定位和定量控制需求的场景。

步进电机的控制涉及到位置的精确定位和稳定性的维持，这就需要一个有效的闭环控制系统来实现。

PID控制器被广泛应用于步进电机的闭环控制系统设计中，本文将探讨基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统的设计原理和实现方法。

二、步进电机简介步进电机是一种特殊的直流电动机，通过控制脉冲信号的频率和顺序来实现精确控制。

步进电机的圆周分为若干等角度的步进角，每个步进角对应一个旋转角度，这使得步进电机在控制方面更加便捷和精确。

由于步进电机无需传感器反馈，因此常用于定量控制和精确位置控制的场合。

三、PID控制器原理PID控制器是一种经典的闭环控制器，其由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个部分组成。

比例控制决定输出与偏差的比例关系，积分控制消除系统稳态误差和提高系统的响应速度，微分控制用于抑制系统对于负荷变化的敏感性。

PID控制器采用反馈控制策略，利用实际输出和期望输出之间的偏差来调整控制量。

四、步进电机位置闭环控制系统设计步进电机的位置闭环控制系统设计基于PID控制器。

首先，需要传感器来获得实际位置信息，然后与期望位置进行比较以获取偏差。

接下来，将偏差作为输入，经过PID控制器计算出控制量，并输出给步进电机驱动器。

步进电机驱动器根据控制量控制步进电机的旋转，从而实现位置的精确控制。

五、传感器选择为了获取步进电机的实际位置信息，需要选择合适的传感器。

常用的传感器包括光电编码器和霍尔传感器。

光电编码器具有高精度和高分辨率的特点，但价格较高；霍尔传感器则具有较低的价格和较高的可靠性，但分辨率较低。

根据具体需求和预算可选择合适的传感器。

六、PID参数调整PID控制器的性能很大程度上取决于参数的选择。

比例参数决定了响应的速度和稳定性，过大的比例参数会导致系统震荡，过小则导致响应速度慢；积分参数消除稳态误差，过大的积分参数会导致系统震荡，过小则无法消除稳态误差；微分参数能够抑制系统对负荷变化的敏感性，过大的微分参数会导致系统噪声，过小则无法起到抑制作用。

基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制

基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制陶　权，谢　彤（广西工业职业技术学院，广西　南宁　５３０００３）摘 要：本文介绍了用Ｓ７－２００实现过程控制系统实验装置中锅炉夹套的温度模糊控制设计思想，对模糊ＰＩＤ控制的结构、模糊ＰＩＤ控制器的设计、模糊ＰＩＤ控制的ＰＬＣ实现进行了分析，文中详细介绍了模糊控制器程序的编写方法，结果表明，用ＰＬＣ　实现的模糊控制器简单实用。

关键词：过程控制系统实验装置；模糊ＰＩＤ；ＰＬＣ中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１０）１０－００２２－０５T emperature Fuzzy PID Control in the Process ControlExperimental Device Based on PLCTAO Quan, XIE Tong( Guangxi V ocational & Technical Institute of Industry, Nanning 530003 China )Abstract: This article describes design concept of realizing temperature fuzzy control for boiler jackets in the process control system experimental device by using S7-200, in which the structure of fuzzy PID control, fuzzy PID controller designing and PLC implementation of fuzzy PID control are analyzed,and the fuzzy controller programming is also introduced in detail. Results show that the fuzzy controllers consist of PLC are both simple and practical.Key words: process control system experimental device; Fuzzy-PID; PLC１ 引言本校自动化实验室采用的“ＴＨＪ－３型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象系统，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。

闭环控制系统中PID控制器的实现

２ １Ｐ Ｄ控制器的数字化 ． Ｉ
Ｐ Ｃ的 Ｐ Ｄ控制器的设计是 以连续系统 的 Ｐ Ｄ控 Ｌ Ｉ Ｉ
收 稿 日期 ：２ ０ —４ ３ ０ ６０ —０
２２输入输出变量的转换 ．
Ｐ Ｄ 控制有两个输入量 ：给定值（ｐ 和过程 变量 Ｉ ｓ）
（ ） 给 定 值 通 常 是 固 定 的 值 ， 如 加 热 炉 温 度 的给 ｐｖ 。
图 ２ Ｐ Ｃ闭环控制 系统框 图 Ｌ
在许 多 控制 系统 内，可 能只需 要 Ｐ、Ｉ 、Ｄ 中的 种或 两种 控 制类 型 。例如 ， 可能 只 要求 比例 控制 或 比例 与积 分 控制 ，通 过设 置 参数 可对 回路控 制类
型进行选择。
２Ｐ Ｃ ＰＤ控制器的实现 Ｌ Ｉ
块模 块可 以控 制几路 甚 至几十 路 闭环 回路 。但 是 （ ２）使 用 Ｐ Ｄ 功能指令 。现在很 多 Ｐ Ｃ都 有供 Ｉ Ｌ
Ｍ＝ ＆ ＋ ｌ ＋ ｏ Ｐ ） Ｋ∑ Ｋ （ 一 ＋ ｅ
一
ｌ
这种 模块的价格较 高， 一般在大型 控制系统 中使 用 。 Ｐ Ｄ控制用的功能指令 ，如 ｓ ． ０ Ｉ ７ ２ ０的 Ｐ Ｄ指令。它 Ｉ 们 实际上是 用于 ＰＩ 控 制的子 程序 ，与模 拟量 ＩＯ Ｄ ／ 模块 一起使 用，可 以得 到类似 于使 用 Ｐ Ｄ 过程 控制 Ｉ 模 块 的效 果 ，但 是 价格 便 宜 得 多 。 （ ）用 自编的程序 实现 Ｐ Ｄ 闭环控制。有的 Ｐ Ｃ ３ Ｉ Ｌ 没有 Ｐ Ｄ过程控制 模块和 Ｐ Ｄ控制用的功能指令，有 Ｉ Ｉ 时虽 然可 以使 用 Ｐ Ｄ 控制指令 ，但是 希望 采用某种 Ｉ 改进 的 Ｐ Ｄ 控 制算法 。在上述 情况下 ，都 需要用户 Ｉ 自己编制 ＰＩ 控 制程序 。 Ｄ

基于PLC的PID恒温控制系统

基于PLC的PID恒温控制系统随着现代工业发展的不断进步，基于PLC的PID恒温控制系统得到了广泛的应用，尤其在生产过程中，精确的控制温度可以提高生产效率和产品质量。

本文将介绍基于PLC的PID恒温控制系统的工作原理、实现步骤和优劣势。

PID恒温控制系统是通过对温度信号进行反馈控制，实现对温度自动调节的一种控制方法。

其中PID控制器是控制器的核心部分，负责根据温度偏差、偏差变化率和偏差积分来输出控制信号。

PLC是一种集成了数字电子、计算机和控制器功能的自动化控制设备，可以实现对工业生产过程的自动化控制。

基于PLC的PID恒温控制系统的工作原理是将PID 控制器嵌入到PLC中，通过对温度传感器测得的温度信号进行处理，计算出对应的控制输出信号，然后通过控制器输出端口控制加热器或制冷器等执行机构来调节温度。

1. 选择合适的PLC型号和温度传感器型号，根据生产现场要求进行调试和安装。

2. 根据温度传感器测得的温度信号，将信号通过输入模块输入到PLC中，进行信号处理和转换。

3. 在PLC中编制PID控制算法，将输出信息通过输出模块输出到执行机构，如电热管或冷却器，以达到恒温的目的。

4. 设置合理的PID参数，包括比例系数、积分时间和微分时间等，以达到良好的控制性能和稳定性。

5. 对系统进行调试和测试，根据测试结果进行适当调整，最终达到理想的温度控制效果。

1. 处理速度快，响应速度高，可以实现高 frequency 的数据处理和控制。

2. 可以通过编程实现复杂的控制算法，灵活度高。

3. PLC具有丰富的通讯接口和网关，方便与其他设备进行互联。

4. 具有较高的可靠性和稳定性，适用于长时间运行和恶劣的工业生产环境。

1. 需要进行编程和算法调优，对技术人员的技能要求较高。

2. 系统成本较高，需要进行设备选型和布局设计。

3. 对于一些特殊的传感器和执行机构，可能需要额外的设备接口和控制模块。

综上所述，基于PLC的PID恒温控制系统在现代工业生产中具有重要的应用价值，但需要根据实际情况进行合理的选型和布局设计，并通过技术方法进行控制算法的调整和优化，以达到理想的控制效果。

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式中，常数 Ｋ１ 和 Ｋ２ 根据输入值的极性 ＢＩＰＯ－ ＬＡＲ 设置。单极性时，Ｋ１＝０．０，Ｋ２＝＋２７６４８．０；双 极性时，Ｋ１＝－２７６４８．０，Ｋ２＝＋２７６４８．０。 ２．４．２ 输出操作值量程转换
输出操作值量程转换由 Ｓ７３００ 所提供的功能程 序块 ＦＣ１０６ “ＵＮＳＣＡＬＥ”实现，如图 ５ 所示。
经 ＰＬＣ 的 ＡＯ 模块进行 Ｄ／Ａ 转换，转换后的信号 （１Ｖ～５Ｖ 电压信号或 ４ｍＡ～２０ｍＡ 电流信号）用于
驱动执行结构，实现对被控对象的控制。
图 １ ＰＬＣ 闭环控制系统构成
２．２ ＰＩＤ 控制功能块的算法原理
Ｓ７－３００ＰＬＣ 的编程组态软件 ＳＴＥＰ７ 提供了一个 ＰＩＤ 控制软件包，软件包包括 ３４２“ＣＯＮＴ＿Ｓ”实现 步进控制、ＦＢ４３“ＰＵＬＳＥＧＥＮ”用于脉宽调制生成 脉冲。下面将讨论 ＦＢ４１ 程序块所提供的算法功能。
ＵＮＳＣＡＬＥ 功能接收一个以工程单位表示、且 标定于下限和上限（ＬＯ＿ＬＩＭ 和 ＨＩ＿ＬＩＭ）之间的实型 输入值（ Ｉ Ｎ ） ，并将其转换为一个整型值数字量。 ＵＮＳＣＡＬＥ 功能使用式（４）计算出数字量并写入 ＯＵＴ。
ＯＵＴ ＝ ［（（ＩＮ－ＬＯ＿ＬＩＭ）／（ＨＩ＿ＬＩＭ－ＬＯ＿ＬＩＭ）） ×（Ｋ２－Ｋ１）］＋Ｋ１ （４）
（２） 式（２）为离散化的ＰＩＤ位置式控制算法表达式， 功能块 ＦＢ４１ 就是实现了该式所表示的 ＰＩＤ 算法。
２．３ ＰＩＤ 控制功能块 ＦＢ４１ 及主要参数
（北京联合大学 自动化学院，北京 １００１０１）
摘 要：介绍了 ＰＬＣ 实现 ＰＩＤ 控制的几种方法。以 Ｓ７－３００ＰＬＣ 为例，说明 ＰＩＤ 控制器的组成原理、ＰＩＤ
控制功能块的算法原理、ＰＩＤ 控制功能块的结构和主要参数及控制功能的实现方法。给出了水箱
水位 ＰＩＤ 控制的应用实例。应用 ＰＩＤ 程序块来进行 ＰＬＣ 的 ＰＩＤ 控制，方法简单实用。不足之处
设采样周期为 Ｔ，将式（１）离散化，第 ｋ 次采 样时控制器的输出为：
图 ２ ＰＩＤ 控制功能块 ＦＢ４１ 的结构框图
功能块 ＦＢ４１ 调用时的梯形图，如图 ３ 所示，块 的左侧为输入参数，右侧为输出参数。表 １ 给出了 ＦＢ４１ 的主要参数说明。
表 １ ＦＢ４１ 主要参数说明
２．４ 输入输出变量的量程转换
基于 PLC 的闭环控制系统 PID 控制器的实现
The realization of PID controller in closed-loop control system based on PLC
任俊杰，李永霞，李 媛，李红星
ＲＥＮ Ｊｕｎ－ｊｉｅ ， ＬＩ Ｙｏｎｇ－ｘｉａ， ＬＩ Ｙｕａｎ， ＬＩ Ｈｏｎｇ－ｘｉｎｇ
本例中，水位设定值为 ２００ｍｍ，选取控制器参 数初始值为：ＧＡＩＮ＝１０，ＴＩ＝１０ｓ，ＴＤ＝５ｓ。
控制程序包括主程序（Ｏ Ｂ １ ）、初始化程序 （ＯＢ１００）、循环中断程序（ＯＢ３５），如图 ６ 所示。
图 ６ 水箱水位的 ＰＩＤ 控制程序
图 ５ 输出量程转换功能程序块 ＦＣ１０６ “ＵＮＳＣＡＬＥ”
主程序 ＯＢ１ 实现输入、输出量程转换。调用 ＦＣ１０５“ＳＣＡＬＥ”，将输入 Ａ／Ｄ 转换后的数字量（放 于 ＰＩＷ７５２ 中）转换为 ０ｍｍ～５００ｍｍ 之间的一个水 位值，结果放在ＭＤ３０中；调用ＦＣ１０６“ＵＮＳＣＡＬＥ”， 将 ＰＩＤ 输出的操作值（放于 ＭＤ１００ 中）转换为 ０～２７６４８ 之间的一个数字量，结果输出给模拟量输 出存储器 ＰＱＷ７５２。
式中，常数 Ｋ１ 和 Ｋ２ 的设置同 ＦＣ１０５。
３ ＰＩＤ 控制应用举例
某一水箱通过水泵给水箱上水，水位下限为 ０ｍｍ，上限为 ５００ｍｍ，水通过出水阀流出，通过调 节阀的开度控制进水量，以保持水位在 ２００ｍｍ。过 程变量（实际水位）通过压力变送器测量，变送成 ４ｍＡ～２０ｍＡ 直流信号，接至 Ｓ７－３００ 的 ＡＩ 模块，经 Ａ／Ｄ 转换输入到 Ｓ７－３００ 中，经输入量程转换为实际 的水位值，该值和设定值比较，进行 ＰＩＤ 控制运算 得到操作量（调节阀开度），再经过输出量程转换和 Ｄ／Ａ 转换得到 ４ｍＡ～２０ｍＡ 直流信号，以该信号去 控制调节阀开度，最终实现水位的闭环控制。过程 变量和控制输出均为单极性模拟量。
功能块 ＦＢ４１ 提供了一种位置式 ＰＩＤ 算法，ＰＩＤ 控制器的输出 ｕ（ｔ）与输入 ｅ（ｔ）的关系式为：
（ １）
式中：Ｋｐ —比例系数；ＴＩ —积分时间常数；ＴＤ —微分时间常数
式（１）的右边前 ３ 项分别是比例作用、积分作 用和微分作用分量，它们分别与偏差、偏差的积分 和微分成正比。根据所采用的作用不同，也可以组 成 Ｐ、ＰＩ 或 ＰＤ 控制器。
ＰＬＣ 作为一种新型的工业控制装置，在工业控 制、生产生活的诸多领域得到了越来越广泛的应用。 利用 ＰＬＣ 实现对模拟量 ＰＩＤ 的闭环控制，具有用户 使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等优点。
１ ＰＬＣ 实现 ＰＩＤ 控制的方法
用 ＰＬＣ 实现 ＰＩＤ 控制可以有几种方法： １）利用 ＰＩＤ 指令实现 许多 ＰＬＣ 提供了 ＰＩＤ 指令，如 Ｓ７－２００ ＰＬＣ 的 ＰＩＤ 指令，该指令需要指定一个以 Ｖ 变量存储区地 址开始的 ＰＩＤ 回路表，以及 ＰＩＤ 回路号。ＰＩＤ 回路 表提供了给定值、过程变量以及 ＰＩＤ 参数等数据入 口，ＰＩＤ 运算的结果也通过回路表输出。 ２）利用 ＰＩＤ 控制功能块实现 ＰＩＤ 控制功能块相当于生产厂家事先编好的带 有形式参数的子程序，包含有给定值、过程值、ＰＩＤ 参数、输出操作值等参数，用户在使用时可以调用 这些程序块，并赋给实参，来实现 ＰＩＤ 算法。比如
图 ４ 输入量程转换功能程序块 ＦＣ１０５“ＳＣＡＬＥ”
ＳＣＡＬＥ 功能接受一个整型值（ＩＮ），并将其转换 为以工程单位表示的介于下限和上限（ＬＯ＿ＬＩＭ 和 ＨＩ＿ＬＩＭ）之间的实型值。ＳＣＡＬＥ 功能使用式（３）计 算出过程实际值并写入 ＯＵＴ。
ＯＵＴ＝［（（ＦＬＯＡＴ（ＩＮ）－Ｋ１）／（Ｋ２－Ｋ１））×（ＨＩ＿ＬＩＭ－ ＬＯ＿ＬＩＭ）］＋ＬＯ＿ＬＩＭ （３）
２ ＰＬＣ 中 ＰＩＤ 控制器的实现
下面将以 Ｓ７－３００ＰＬＣ 为例，说明 ＰＩＤ 控制器的 组成原理、ＰＩＤ 控制功能块的算法原理及控制功能 的实现。
２．１ ＰＩＤ 控制器的组成原理
以 ＰＬＣ 作为控制器构成的闭环控制系统，如图 １ 所示。图中的虚线部分由 ＰＬＣ 来实现。检测元件 将被控量实际值 ｐｖ 测量转换为 １Ｖ～５Ｖ 电压信号 或 ４ｍＡ～２０ｍＡ 电流信号，该模拟信号接至 ＰＬＣ 的 ＡＩ 模块，进行 Ａ／Ｄ 转换，根据用户编写的 ＰＩＤ 控 制程序，将测量值与给定值ｓｐ 比较，通过二者的偏 差 ｅ（ｔ）进行ＰＩＤ 算法的运算得到输出操作信号ｕ（ｔ），
４ 结论
ＰＬＣ 实现 ＰＩＤ 控制的方式有多种，应用 ＰＩＤ 标 准程序块来进行 ＰＬＣ 的 ＰＩＤ 控制，方法简单实用。 不足之处为 ＦＢ４１ 所采用的是标准位置式 ＰＩＤ 算法， 算法是固定的。如果希望采用其他改进型ＰＩＤ算法，
还需要用户自己编程实现。
参考文献：
［１］ 祁鸿芳，王淑红．ＰＩＤ 算法在西门子 ＰＬＣ 模拟量闭环控制 中的实现［Ｊ］．机床电器，２００５（１）．
［２］ 吴海燕．ＰＬＣ 闭环控制系统中 ＰＩＤ 控制器的实现［Ｊ］．ＰＬＣ＆ ＦＡ，２００６（８）．
［３］ 万鸾飞，李康．浅谈 ＰＬＣ 中 ＰＩＤ 功能的实现方法［Ｊ］．芜湖职 业技术学院学报，２００６（３）．
［４］ 廖常初．大中型 ＰＬＣ 应用教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００７，１．
为所采用的 ＰＩＤ 算法是固定的。如果希望采用其他改进型 ＰＩＤ 算法，还需要用户自己编程实现。
关键词：ＰＬＣ ；闭环控制；ＰＩＤ
中图分类号：ＴＭ５７１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００９－０１３４（２００９）０４－００２０－０３
０ 引言
在工业生产过程控制中，常需要用闭环控制方 式来实现温度、液位、压力、流量等模拟量控制。因 为 ＰＩＤ（比例、积分、微分）调节不需要精确的控 制系统数学模型而且易于实现，所以模拟量的 ＰＩＤ 调节是常见的一种闭环控制方式，工程上易于实现。 积分作用可以消除系统的静差，微分作用有助于减 小超调，克服震荡。比例、积分、微分三者有效地 结合可以满足不同的控制要求。
Ｓ７－３００ 和 Ｓ７－４００ ＰＬＣ 就提供了标准程序功能块 ＦＢ４１“ＣＯＮＴ＿Ｃ”可以实现连续 ＰＩＤ 控制。
３）利用程序设计实现 ＰＩＤ 功能 上述两种 ＰＩＤ 控制算法一般是固定的，常采用 标准位置式ＰＩＤ。如果希望采用其他改进的ＰＩＤ控制 算法，就需要用户自己编写程序实现。利用 ＰＬＣ 的 常用指令，自编程序实现 ＰＩＤ 功能也是容易做到的。 ４）利用 ＰＩＤ 硬件模块实现 随着 ＰＬＣ 用于模拟量控制的增加，多数 ＰＬＣ 厂 家都开发有专用于模拟量控制的模块，如 ＯＭＲＯＮ ２００ 系列 ＰＬＣ 用的 Ｃ２００Ｈ－ＰＩＤ 模块、温度控制模块 等。这些模块带有自己的 ＣＰＵ 和内存，ＰＩＤ 控制程 序存放于模块的内存中。用户使用时非常方便，一 个模块可以控制几路甚至几十路闭环控制。
ＰＩＤ控制有两个输入量：给 定值（ｓｐ）和过程值 （ｐｖ）。在调 用 Ｐ Ｉ Ｄ 功能块时，给定值 （ＳＰ＿ＩＮＴ）通过所指定的地址由 内部给出。过程值（ＰＶ＿ＩＮＴ）是 被控量的实际值，要得到过程 实际值，首先应从外围设备（ＡＩ 模块）读取Ａ／Ｄ转换后的数字量 （范围为 ０～２７６４８ 或 －２７６４８～ ２７６４８），然后将其进行处理转 换为过程值（实数）。
收稿日期：２００８－１１－１７ 基金项目：北京教委科技发展计划项目（ｋｍ２００６１１４１７００７）； 国家自然科学基金项目（６０７７３１５７ ） 作者简介：任俊杰（１９７２ －），女，河北省石家庄市人，讲师，工学硕士，主要从事自动控制、控制工程的教学与研究。