淺談PLC在模擬閉環(huán)控制中的應(yīng)用

【摘 要】在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控量是模擬量，而PLC的CPU只能處理離散量。被控量首先被離散取樣變?yōu)橹绷麟娏骰螂妷盒盘?，模擬控制系統(tǒng)分為恒值和隨動(dòng)兩種系統(tǒng)。閉環(huán)負(fù)反饋控制能使控制系統(tǒng)的反饋量等于或跟隨常數(shù)值，也可以有效地抑制閉環(huán)中各種擾動(dòng)的影響，使被控量趨于給定值。

【關(guān)鍵詞】閉環(huán)控制系統(tǒng)；模擬量；可編程控制器

1.模擬閉環(huán)控制系統(tǒng)與PID控制器

1.1變送器的選擇和閉環(huán)控制反饋極性的判斷

變送器有兩種形式（電流輸出型、電壓輸出型），當(dāng)電流流入模擬量輸入模塊時(shí)，輸入阻抗較小，線路上的信號產(chǎn)生的干擾小，因此模擬量中的電流信號適用于遠(yuǎn)程傳送。

閉環(huán)控制反饋必須保證為負(fù)反饋，如果使用正反饋，被控量將會(huì)向一個(gè)極性無限擴(kuò)大或縮小，系統(tǒng)安全則會(huì)成為問題。很多外界因素也可能導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)的極性不穩(wěn)定，例如，導(dǎo)線的反接、穿管器安裝移位、誤差公式的改變等，這些都會(huì)造成極性的改變。

下列方法可用來判斷PID是否為負(fù)反饋系統(tǒng)：

首先斷開輸入，讓系統(tǒng)處在開環(huán)狀態(tài)，因?yàn)榉e分環(huán)節(jié)會(huì)改變輸入的電壓方向，運(yùn)行系統(tǒng)觀察電壓方向是否改變即可判斷是否有積分環(huán)節(jié)；運(yùn)行系統(tǒng)可減小誤差，若發(fā)生以上變化則為負(fù)反饋。

1.2 PID控制器

PID控制器（即比例、微分、積分）由運(yùn)算放大器組成，比例（P）、積分（I）、微分（D）部分分別與誤差、誤差的積分與微分成正比。在某些控制系統(tǒng)中，只需要其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)組成P、PD、PI控制器，使用PI控制方式，能獲得較高的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度；使用PID控制方式時(shí)，能使控制對象的慣性滯后變大。

現(xiàn)在的工業(yè)控制理論中，絕大部分控制系統(tǒng)都應(yīng)用PID控制器，因?yàn)樗幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

1.2.1不需要建立被控量的具體數(shù)學(xué)模型

自動(dòng)控制理論的分析和設(shè)計(jì)建立在被控量的線性定常數(shù)的基礎(chǔ)上，這種模型沒有充分考慮到系統(tǒng)的非線性因素和時(shí)變性，PID控制器則不需要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，較好的解決了這一問題。

1.2.2結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)

PID控制器是有一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器組成，各部分電路參數(shù)容易調(diào)整，對于多回路控制和串級控制能較簡單的實(shí)現(xiàn)。

1.2.3適應(yīng)性和靈活性較強(qiáng)

可以根據(jù)被控量的具體模型，來選擇不同的P、I、D組合，使之形成各種各樣的控制器。隨著控制智能化程度的不斷提高，PID控制與其他各種高端智能控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)自整定，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用范圍。

2.工業(yè)中PLC的應(yīng)用舉例

PLC中的PID模塊結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)用靈活，在各個(gè)工業(yè)控制中起到了很大的作用。在大型鋼管噴涂中，就應(yīng)用到了閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制鋼管在生產(chǎn)線上的行進(jìn)速度，從而有效的解決了傳統(tǒng)工藝中噴涂不均勻以及油漆的浪費(fèi)過多等問題。不僅提高了鋼管漆膜的質(zhì)量和性能還減少了很多浪費(fèi)，在系統(tǒng)工程中有很大應(yīng)用價(jià)值。

在制冷中央空調(diào)中，目前很多中央空調(diào)是由壓縮機(jī)組組成，根據(jù)不同的溫度需要，開啟一個(gè)或幾個(gè)壓機(jī)從而達(dá)到所需溫度，在這種系統(tǒng)中應(yīng)用開關(guān)傳感器檢測溫度點(diǎn)，有的系統(tǒng)中需要檢測的溫度點(diǎn)比較多，運(yùn)用的開關(guān)傳感器過多，電路的布線非常多，造成系統(tǒng)復(fù)雜，不容易控制。對于制冷機(jī)這樣一個(gè)閉環(huán)模擬系統(tǒng)應(yīng)用4通道12位A/D模塊，可以直接替代開關(guān)傳感器進(jìn)行讀寫，使系統(tǒng)電路變得簡單，易于工人進(jìn)行操作和控制，工藝調(diào)節(jié)也相對變的簡單了很多，穩(wěn)定性和性價(jià)比得到提高。

幾年來變頻調(diào)速成為高端科技的前沿技術(shù)，為了滿足溫度、流速等工藝模擬變量的要求，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)有鍵盤調(diào)節(jié)和電位器調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)模式，當(dāng)速度的變化要求復(fù)雜多樣，工藝調(diào)節(jié)需要時(shí)常改變速度，以上兩種方法則不能滿足工業(yè)控制的要求。這時(shí)使用PLC模擬量控制模塊，以三菱公司出產(chǎn)的FX2N系列PLC為例，它的編程主要是多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊來實(shí)現(xiàn)。充分利用模擬量模塊輸出信號選擇、增益及偏置等控制變頻器的速度，因而解決了變頻調(diào)速在工業(yè)中的需求。

在PLC控制中心，完成PID閉環(huán)運(yùn)算，在模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣，由于PLC程序可移植性強(qiáng)，在各行個(gè)業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛。

3.PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

PLC發(fā)展至今已有30多年歷史，它的產(chǎn)生是人類智慧的結(jié)晶，是為了迎合社會(huì)的腳步，全面解放和發(fā)展生產(chǎn)力，是人類更好的運(yùn)用自身的能力，以最少的投入創(chuàng)造最高的生產(chǎn)價(jià)值，使人類的科技水平向前邁進(jìn)了一步。電子技術(shù)的數(shù)字化程度不斷提高使得半導(dǎo)體技術(shù)、通信技術(shù)、EDA產(chǎn)品在不斷的進(jìn)行更新?lián)Q代，通過研究者不斷試驗(yàn)和探索，PLC技術(shù)正在向一個(gè)更強(qiáng)大的方向發(fā)展，它的未來會(huì)更好的服務(wù)于人類社會(huì)。例如三菱公司的小型PLCFX系列先后推出了FX、2FX、FX、FX、FX、FX、FX0SN 2C C 1S和FX等模塊，它們的性價(jià)比、性能以及容量都比1N大。由它所制造的工業(yè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，能完成傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。PLC的最明顯特征是通過邏輯編程和調(diào)整各種物理參量，在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到顯而易見的效果。

PLC 具有強(qiáng)大的控制驅(qū)動(dòng)力，它的特點(diǎn)在于界面可視化、梯形圖編程簡單、外圍電路簡單、內(nèi)部保護(hù)充足。加之近年來PLC的功能不斷改進(jìn)，許多小型PLC的功能和運(yùn)算速度有了很大的提高，因此已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其在工業(yè)控制中的位置不言而喻。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，PLC在模擬量閉環(huán)控制工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，它將會(huì)替代傳統(tǒng)工業(yè)控制工藝和嵌入式控制器的工作內(nèi)容。

4.結(jié)束語

現(xiàn)在，絕大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)屬于模擬閉環(huán)控制系統(tǒng)，常規(guī)的工業(yè)控制主要針對線性系統(tǒng)，求出線性方程，然后分析穩(wěn)定性、快速性、超調(diào)量、誤差系數(shù)等各種性能指標(biāo)；而在閉環(huán)系統(tǒng)中，這些因素很難分析準(zhǔn)確，這使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法使工業(yè)水平提高要求，PLC可編程控制以其優(yōu)越的可靠性、靈活性以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)逐步取代傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)，最終會(huì)會(huì)替代傳統(tǒng)工業(yè)工業(yè)控制。

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