基于PLC的溫控系統(tǒng)研究

張洋

【摘 要】溫控系統(tǒng)在各個行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。本文通過對基于西門子PLC的溫控系統(tǒng)實例的研究，實現(xiàn)智能精細化的溫度控制。

【關(guān)鍵詞】溫度控制；PLC；PID

1.1 溫度控制系統(tǒng)的意義

溫度及濕度的測量和控制對人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預報、物資倉儲等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時準確獲得目標的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。

1.2 PLC

可編程控制器的英文名稱是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱PLC。

現(xiàn)代制造業(yè)必須對市場需求做出快速反應(yīng)，生產(chǎn)小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，這便要求生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高可靠性和靈活性?？删幊炭刂破髡琼槕?yīng)這一潮流而出現(xiàn)的，以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。

2.1 硬件配置

S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器等。

本論文采用的是CPU226。它具有24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35 路模擬量I/O點。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。

2.2 EM235模擬量輸入模塊

EM235模塊是組合強功率精密線性電流互感器、意法半導體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA（通過250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC1～5V或通過500Ω電阻轉(zhuǎn)換DC2～10V）恒流環(huán)標準信號，連續(xù)輸送到接收裝置（計算機或顯示儀表）。

3.1 PID控制程序設(shè)計

模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們在應(yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗，PID的研究已經(jīng)到達一個比較高的程度。

比例控制（P）是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其特點是具有快速反應(yīng)，控制及時，但不能消除余差。

在積分控制（I）中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點，不能快速對誤差進行有效的控制。

在微分控制（D）中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。

PID控制，P、I、D各有自己的長處和缺點，它們一起使用的時候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。

3.2 PLC中的回路指令

西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，見表3.2

表3.2 PID回路指令

使用方法：當EN端口執(zhí)行條件存在時候，就可進行PID運算。指令的兩個操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因為一個PID回路占用了32個字節(jié)，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路號，可以是0～7，不可以重復使用。

3.3 PID參數(shù)整定

PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時間Ti和和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。

經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗。

4.總結(jié)

PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。

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