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1、PLC在过程控制中应用 1.1 PID简介 1） P、I、D 的概念 2） PID控制器的参数整定 3） PID控制器的优点 4）PID算法 ( )( ) ( ) += dt tde Tdtte T teKtu D I c 1 )( += = k i D I P keke T T ie T T keKku 1 )1()()()()( 2.2 利用利用PID指令编写电炉的温度控制程序指令编写电炉的温度控制程序 例 有一台电炉要求温度控制在一定的范围，电炉 的工作原理如下：当设定电炉温度后，S7- 200PLC经过PID运算后由模拟量输入模块EM232 输出一个电压信号送到控制板，控制板根据电压
2、信号（弱电信号）的大小控制电热丝的加热电压 （强电）的大小（甚至断开），温度传感器测量 电炉的温度，温度信号经过控制板的处理后输入 到模拟量输入模块EM231，再送到S7-200PLC进 行PID运算，如此循环。系统硬件配置如图所 示，请编写控制程序。 【解】 1.主要软硬件配置 一套STEP7-Micro/WIN V4.0 一台CPU226CN PLC 一台EM231 一台EM232 一根编程电缆（或者CP5611卡） 一台电炉（含控制面板） 2.S7-200的PID指令介绍 PID回路指令，当能有效时，根据表格（TBL）中的输入和配置信息对引用LOOP执行 回路计算。PID指令格式见表 P
3、ID指令使用注意事项： 程序最多使用8条PID指令，回路号为0-7，不能重复使用 PID指令不能对参数表输入值进行范围检查，必须保证过程变量，给定值积分项前值 和过程变量前值在0.0-1.0 使 ENO=0的错误条件：0006（简介地址），SM1.1(溢出，参数表起始地址或指令 中的指定PID回路指令号操作数超出范围）。 在工业生产过程中，模拟信号PID（由比例，积分和微分构成的闭合回路）调节是常见 的控制方法。运行PID控制指令，S7-200PLC将参数表中输入测量值，控制测量值及 PID参数，进行PID运算，求得控制输出值，参数表中有9 个参数，全部是32位的实数，共占用36个字节，PID
4、控制 回路的参数表见表2-2 3.编写程序 1）编写程序前，先要填写PID指令的参数表，参数见表2-3 2）在编写PLC控制程序，程序如图2-2 【关键点】编写此程序 首先要理解PID的参 数表各个参数的含义，其次要理解数据类型 的转换 4.用指令向导编写PID程序 若读者对控制了解得比较清楚，用以上的方法编写PID控制程序是 可行的，但显然比较麻烦，初学者不容易理解，所幸西门子公司提供 了指令向导，读者利用指令向导就比较容易编写PID控制程序 。一下 将介绍这种方法 1）打开指令向导，选定PID。选中菜单栏中的“工具”，单击子菜 单项“指令向导”，弹出如图2-3所示的界面，选定“PID”选项
5、，单击下 一步按钮。 2）指定回路号码。指定会路号码如图2-4所示。本例选定回路号 码为0单击下一步 3）设置回路参数。设置回路参数如图2-5所示，本比例参数设置为 0.05，采样时间是35秒，积分时间设定为30分钟，微分时间设定为0，实际 就是不使用微分项D，使用PI调节器，最后单击下一步按钮 4）设置回路输入和输出选项，设置回路输入和输出选项如图2-6所示， 标定项中选择“单极性”。过程变量中的参数不变，输出类型中选择“模拟量” （因为本例为EM232输出），单击“下一步”按钮。 5)设置回路报警选项。设置回路报警选项如图2-7所示，本例没有设置报警，单击“下一步”按钮 6）为计算指定存储
6、区。为计算指定存储区如图2-8所示，PID指令使用V存储区中的36个字节的参数 表，存储用于控制回路操作的参数。PID计算还要求一个“暂存区”,用于存储临时结果。先单击“建议地 址”按钮，再单击“下一步”按钮，地址自动分配，当然地址也可以由读者分配。 7）指定子程序和中断程序。指定子程序和中断程序如图2-9所示，本例使用默认子程序名，只要单 击“下一步”按钮即可。如果选项包含一个激活PID设置，已经建立的中断程序被设为只读。因为项 目中的所有配置共享一个公用中断程序，项目中增加任何新配置不得改变公用中断程序的名称。 8）生成PID代码。生成PID代码如图2-10所示。单击“完成”按钮，S7-2
7、00PLC指令向导为指定的配 置生成程序代码和数据块代码。由向导建立的子程序和中断程序成为项目的一部分。要在程序中使 能该配置，每次扫描周期时，使用SM0.0从主程序调用该子程序。 9 )编写程序如图2-11所示 10 ）PID的自整定。S7-200CPU V2.3以上版本的硬件支持PID的自整定功能，在软件STEP7- Micro/WIN V4.0以上提供版本的中增加了PID调节控制面板。用户可以使用用户程序或PID调节控 制面板来启动自整定功能。在同一时刻，最多可以有8个PID回路同时进行整定。 PID自整定的目的是为用户提供一套最优化的整定参数，使用这些整定参数值可以使控制系统 达到最佳
8、的控制效果，真正优化控制程序。以下介绍PID自整定的控制方法。 首先，在STEP7-Micro/WIN V4.0在线的情况下，单击菜单“工具”下的子菜单“PID调节控制面 板”，如图2-12所示 先选定“自动调节”，再单击“开始自动调节”，PID自动调节开始。PID调节控制面板如图2-13所示 【关键点】为了保证PID的自整定成功，在启动PID自整定之前，需要调节PID参数，使PID调节基 本稳定，输出，反馈变化平缓，并且使反馈比较接近给定；设定合适的给定值，使PID调节器的输 出远离趋势图的上下坐标轴，以免PID自整定开始后输出值的变化范围受限制 2.4利用PID指令编写水箱的水位控制程序
9、水箱控制在工业和日常生活中十分常见，有的水位控制虽然为闭环控制， 但要求不高，并不需要PID控制，如马桶的水位控制虽然是闭环控制，但并不 是PID控制。有的系统，特别是出水口的流速大，又需要水位精确控制系统， PID控制就是一个很好的选择，以下用一个例子介绍利用PID指令编写水箱的 水位控制程序。 【例2-4】某水箱的出水口的流量是变化的，注水口的流量可通过 调节水泵的的转速，水位的检测可以通过水位传感器完成，水箱最大 盛水高度为2米，要求对水箱进行水位控制，保证水位高度为1.6米， 用PLC控制器，用EM231为模拟量输入模块检测水位信号，用EM232 输出信号，控制变频器，从而控制水泵的输
10、出流量。水箱的水位控制 原理图如图2-37所示。 【解】 1.主要软硬件配置 一套STEP7-Micro/WIN V4.0 一台S7-226CN PLC 一台EM231 一台EM232 一根编程电缆（或者CP5611卡） 一台供水装置 其接线图如图2-38所示 2.编写程序 （1）变频器的几个关键的参数设定 命令源，P700=2，由端子排输入。 数学输入1，P701=1，接通正转。 频率源，P1000=2，模拟量调速 （2）编程说明 要保证水箱的水位为1.6米，水箱的最大水位为两米，也就是要保证水位在80%的 水位处，因此给定值SPn设定为0.8，再经过标准化就是过程变量PVn，执行PID 运算输出值是Mn，再经过D/A变换，变成编程器的调速信号，水箱的水位控制的 PID参数见表2-9 水位控制的主程序，子程序和中断程序如图2-39，2-40，2-41所示。 【关键点】用PID指令编写程序，首先要理解PID控制的原理，这点非常重要；再者就是要理 解参数表各参数的含义；当然最终要得到满意的结果，还要对P，I，D三个参数进行调节， 这是难点，需要经验的积累 。此外，硬件线路的接线正确和变频器参数设定正确也是很重要 的。
