基于PLC的温度PID控制

一、PID算法

在工业生产过程控制中，模拟量PID（由比例、积分、微分构成的闭合回路）调节是常用的一种控制方法。运行PID控制指令，S7-200将根据参数表中的输入测量值、控制设定值即PID参数，进行PID运算，求得输出控制值。

PID控制回路的参数表 地址偏移量 参数 数据格式 参数类型 说明 0 过程变量当前值PV 双字，实数 输入 必须在0.0~1.0范围内 4 给定值SP 双字，实数 输入 必须在0.0~1.0范围内 8 输出值M 双字，实数 输出 在0.0~1.0范围内 地址偏移量 参数 数据格式 参数类型 说明 12 增益K 双字，实数 输入 比例常量，可为正数或负数 16 采样时间Ts 双字，实数 输入 以秒为单位，必须为正数 20 积分时间Ti 双字，实数 输入 以分钟为单位，必须为正数 24 微分时间Td 双字，实数 输入 以分钟为单位，必须为正数 0.0和1.0之间（根据PID运算28 上一次的积分值Mn 双字，实数 输出 结果更新） 32 上一次过程变量PVn-1 双字，实数 输出 最近一次PID运算值 典型的PID算法包括三项：比例项、积分项和微分项，即：输出=比例项+积分项+微分项

计算机在周期性地采样并离散化后进行PID运算，算法如下：

MnKc（SPnPVn）+KcTsT（SPnPVn）MX+Kcd（SPnPVn）TiTs

比例项：Kc（SPnPVn）

积分项：KcTs（SPnPVn）MXTi Td（SPnPVn）Ts

微分项：Kc二、PID控制回路选项

常用的控制回路有PI、PID。

（1）如果不需要积分回路（即在PID运算中无“I”），则应将积分时间Ti设为无限大。由于积分项Mx的初始值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。（积分时间与积分效果成反比关系）

（2）如果不需要微分运算（即在PID运算中无“D”），则应将微分时间Td设定为0.0。（微分时间与微分效果成正比关系）

注：PID参数设定的原则：先设比例放大系数（比例放大系数越大，回路的调节速度越快，但是比例放大系数过大，也会造成系统不稳定，产生振荡，所以要找一个合适的比例放大系数）；再设积分时间（用来消除余差）

三、回路输入量的转换和标准化

在PLC进行PID控制前，必须将其转换成标准浮点表示法。

（1）将回路输入量数值从16位整数转换成32为浮点数或实数。下列指令说明如何将整数数值转换成实数。

ITD AIW0, AC0 //将输入数值转换成双字

DTR AC0, AC0 //将32位整数转换成实数（0~32000）

（2）将实数转换成0.0~1.0之间的标准化数值。

/R 32000.0, AC0 //使累加器中的数值标准化 +R 0.0, AC0 //加偏移量0

MOVR AC0, VD100 //将标准化数值写入PID回路参数表中

四、PID回路输出转换为成比例的整数

程序执行后，PID回路输出0.0~1.0之间的标准化实数数值，必须被转换成16位成比例整数数值，才能驱动模拟输出。

PID回路输出成比例实数数值=（PID回路输出标准化实数值-偏移量）×取值范围 MOVR VD108, AC0 //将PID回路输出送入AC0

*R 32000.0, AC0 //AC0的值乘以取值范围，变成成比例实数数值 ROUND AC0, AC0 //将实数四舍五入取整，变成32位整数 DTI AC0, AC0 //32为整数转换成16位整数 MOVW AC0, AQW0 //16位整数写入AQW0

五、PID指令

六、PID指令应用举例

在恒温箱内装有一个电加热元件和一个制冷风扇，电加热元件和制冷风扇的工作状态只有OFF和ON，即不能自行调节。现要控制恒温箱的温度恒定，且能在25~100℃范围内可调，如图所示：

CPU224XP自带模拟量I/O规格 信号类型 I/O信号 模拟量输入×2 电压信号 电流信号 ±10V —— 模拟量输出×1 PLC软元件分配如下： Q1.0 控制接通加热器 Q1.1 控制接通制冷风扇

AIW0 接收温度传感器的温度检测值

0~10V 0~20mA 控制方法：

对恒温箱进行恒温控制，要对温度值进行PID调节。PID运算的结果去控制接通电加热器或制冷风扇，但由于电加热器或制冷风扇只能为OFF或ON，不能接受模拟量调节，故采用“占空比”的调节方法。

温度传感器检测到的温度值送入PLC后，诺经PID指令运算得到一个0~1的实数，把该实数按比例换算成一个0~100的整数，把该整数作为一个范围为0~10s的时间t，设计一个周期为10s的脉冲，脉冲宽度为t，把该脉冲加给电加热器或制冷风扇，即可控制温度。

符号表

符号 设定值 回路增益 采样时间 积分时间 地址 VD204 VD212 VD216 VD220 符号 微分时间 控制量输出 检测值 地址 VD224 VD208 VD200 PID指令编写：