基于PLC的溫度PID控制的研究與設(shè)計

許傳遠　王東瑞　蔡宇　楊化鵬　滿煊旭

摘 要：本文以熱敏電阻的發(fā)熱溫度為研究對象，結(jié)合PID閉環(huán)控制原理，以S7-200smart PLC為控制工具，通過設(shè)計PLC的外圍接線電路及模擬量控制程序，實現(xiàn)了對熱敏電阻的溫度控制。

關(guān)鍵詞：PLC；PID；溫度控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.138

1 引言

溫度、壓力、流量、液位等模擬信號變化量是工業(yè)生產(chǎn)中常見的重要參數(shù)，特別是溫度的變化常與許多物理變化和化學(xué)變化等過程息息相關(guān)，因此對溫度的控制在化工、冶金、機械加工等方面有著十分重要的作用。

傳統(tǒng)的溫度控制多由繼電器控制來實現(xiàn)，但是繼電器的觸點使用壽命短，故障率高，無法滿足現(xiàn)代控制的要求，而采用可編程序控制器（PLC）實現(xiàn)溫度控制目前是公認的最佳選擇?？删幊绦蚩刂破魇且环N工業(yè)控制計算機，是集計算機、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強，價格便宜，可靠性強，編程簡單等特點，在工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。特別隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，功能的不斷擴充，大多數(shù)PLC都具有了PID控制功能，對溫度、壓力等模擬信號的控制十分靈活方便。

PID控制為比例、積分、微分控制，又稱PID調(diào)節(jié)，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一，將PLC與PID算法控制結(jié)合起來，對溫度控制將會十分高效與方便。

2 設(shè)計方案

2.1 總體思路

（1）如圖1所示，系統(tǒng)控制熱敏電阻PT100發(fā)熱溫度在0-100度以內(nèi)，將溫度變送器的信號與PLC模擬量模塊輸入端連接，從溫度變送器端采集物體溫度信號。

（2）模擬量模塊輸入端將溫度變送端采集的物體溫度信號作為過程變量，與設(shè)定程序進行比較，經(jīng)程序PID運算后，由PLC模擬量輸出端輸出控制信號至驅(qū)動端控制加熱器。

（3）根據(jù)模擬量輸出端輸出加熱信號的大小，對受熱體進行加熱，加熱后的溫度再通過溫度變送器送到PLC模擬輸入端，形成閉環(huán)控制，當(dāng)采樣溫度與設(shè)定溫度相等時PID計算結(jié)果為0，熱敏電阻溫度不再繼續(xù)增加控制結(jié)束。

2.2 PLC的選擇

PLC型號的選擇需要依據(jù)PLC的輸入輸出（I/O）點數(shù)、模擬信號輸入輸出情況，存儲器容量及各項控制功能是否符合控制系統(tǒng)的需要來進行選擇。西門子公司的S7-200 smart系列PLC無論從功能或性價比方面都十分優(yōu)越，特別是對模擬信號的控制方便靈活，由于本設(shè)計中需一路模擬信號輸入和一路模擬信號輸出，所以設(shè)計中可選用S7-200 smart PLC來實現(xiàn)，設(shè)計中可選用CPU SR30主機模塊加EM AM03模擬信號擴展模塊來實現(xiàn)。

3 硬件連接設(shè)計

硬件連接設(shè)計如圖2所示，采用PLC主機模塊CPU SR30串接模擬量混合擴展模塊EM AM03實現(xiàn)，對主機模塊采用24V直流供電，溫度變送信號接入EM AM03輸入信號端，模擬輸出信號接到驅(qū)動模塊。

4 控制程序設(shè)計

硬件連接結(jié)束后，需編寫PLC梯形圖控制程序，來實現(xiàn)溫度控制。程序編寫時，首先在子程序中設(shè)置PID控制回路參數(shù)表內(nèi)容，具體設(shè)置如表1所示，之后建立中斷程序，通過程序中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及PID計算處理，最終產(chǎn)生輸出信號進行控制，程序設(shè)計流程如圖3所示。

程序編寫完成后，經(jīng)實際調(diào)試與控制要求相符后，即可完成溫度控制，也可與HMI設(shè)備連接，進行實時信息監(jiān)控。

5 結(jié)束語

溫度、壓力、液位等模擬信號的控制在自動化控制系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用，隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化控制程度越來越高，利用PLC對模擬信號控制將在各行各業(yè)中發(fā)揮出重要作用。而PID控制方法的強大控制功能與PLC相結(jié)合后使控制更加靈活和方便，其不僅可以實現(xiàn)快速精確控制，也可提高自動化生產(chǎn)效率，具有優(yōu)越的發(fā)展前景。

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