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1、温度 PID 控制实验一、实验目的熟悉使用三菱FX系列的PID控制，通过对实例的模拟，熟练地掌握PLC控制的流程和程序调试。二、实验设备1. THPLC-D型 （挂箱式）实验装置一台2. FM-26温度控制挂箱一个（包含 PtIOO热电偶一个）3. 计算机一台（或与FX0N系列PLC相配套的手持编程器一个）4. PC/PLC编程数据线一根5. 实验导线若干三、接线“PtIOO输入”接电热偶（注意补偿端的连线）；“加热指示”和“冷却风扇”接PLC 主机24V电源；“控制输入”接模拟量模块（FXon-3A）的IOUT和COM “信号输出” 接模拟量模块（FXon-3A）的VIN1和COM1四、实验
2、原理（1）本实验说明本实验为温度PID控制的演示实验。其中，系统中的PtIOO为热电偶，用来监测受热体的温度，并将采集到的温度信号送入变送器，再由变送器输出单极性模拟电压 信号，到模拟量模块，经内部运算处理后，输出模拟量电流信号到调压模块输入端， 调压模块根据输入电流的大小，改变输出电压的大小，并送至加热器。欲使受热体维持一定的温度，则需一风扇不断给其降温。这就需要同时有一加热 器以不同加热量给受热体加热，这样才能保证受热体温度恒定。本系统的给定值（目标值）是受热体温度为 5OC时的值，可以预先设定后直接输 入到回路中；过程变量由在受热体中的 PtIOO测量并经温度变送器给出，为单极性电 压模
3、拟量；输出值是送至加热器的电压，其允许变化范围为最大值的 O% 至 1OO%。（2）理解FXon系列的PID功能指令FXon系列的PID回路运算指令的功能指令编号为FNC88源操作数S1,S2,S3和目标操作数均为D, 16位运算占9个程序步，S1,S2分别用来存放给定值SV和 当前测量到的反馈值PV,S3-S3+6 用来存放控制参数的值，运算结果MV存放在D 中。PID指令用于闭环模拟量的控制，在 PID控制之前，应使用 MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。 如果使用有断电保护功能的数据存储器， 不需要重复写入。 如果目标操作数D有断电保护功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将
4、它复位。S3-S3+24 分别用来存放PID运算的各种参数,具体如下:S3采样周期 （Ts） 132767(ms)S3+1动作方向 （ACT） bit0 0: 正动作1:逆动作bit1 0:输入变化量报警无 1:输入变化量报警有效bit2 0:输出变化量报警无 1:输出变化量报警有效bit3不可使用bit4 0:自动调谐不动作1:执行自动调谐bit5 0:输出值上下限设定无 1: 输出值上下限设定有效bit6bit15 不可使用S3+2输入滤波常数（a） 0 990时没有输入滤波S3+3比例增益 （Kp）1-32767S3+4积分时间 （TI）0 32767( X 100ms)0时作为*处理S
5、3+5微分增益 （KD）0-100 0时无微分增益S3+6微分时间 （TD）032767(X 10ms)0时无微分处理S3+7-S3+19PID运算的内部处理占用S3+20 输入变化量 （ 增侧）报警设定值0-32767S3+21 输入变化量 （ 减侧）报警设定值0-32767S3+22 输出变化量 （ 增侧）报警设定值和输出上限设定值S3+23 输出变化量 （ 减侧）报警设定值和输出下限设定值S3+24 报警输出bit0输出变化量 （ 增侧）溢出bit1输入变化量（减侧）溢出bit2输出变化量（增侧）溢出bit3输出变化量（减侧）溢出（注意：S3+20-S3+24在S3+1 的 bit1=1
6、,bit1= 1 或 bit5=1 时被占用）在 P,I,D 这三种控制作用中，比例部分与误差部分信号在时间上时一致的，只要 误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比例的调节作用，具有调节及时的 特点。比例系数越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数的 系统来说，比例系数过大，会使系统的输出振荡加剧，稳定性降低。调节器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不 为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定 状态时，积分部分才不再变化，因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。 但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动
7、态稳定性代来不良影响，因此很少单独使 用。积分时间常数增大时，积分作用减弱，系统的动态性能(稳定性)可能有所改善, 但是，消除稳态误差的速度减慢。根据误差变化的速度(即误差的微分)，微分部分提前给出较大的调节作用，微 分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预 测的特点。微分时间常数增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干 扰的能力下降。如果微分时间常数过大，系统输出量在接近稳态值时上升缓慢。采样时间按常规来说应越小越好，但是时间间隔过小时，会增加CPU勺工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不易将此时间取的过小，另外，假如 此项取比运算
8、时间短的时间数值，则系统无法执行。在本系统中，PID参考参数选择如下：(a) 采样时间：2000ms(b) 系统动作方向(ACT):K33(c) 输入滤波常数(a )：K20(d) 比例增益(KP):K50(e) 积分时间：10 x 100ms(f) 微分增益：0(g) 微分时间：50 x 10ms本系统中3A模块的输入输出特性如下：五、设置参数为了使温度变送器正常工作，还要对其参数进行设置。在基本状态(显示状态或下按键并保持约2秒钟，即进入参数设置状态(显示状态)。在参数设置状态下按键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值HIAL、参数锁Loc等等，对于配置好并锁上参数锁的仪表，只出现操作工
9、需要用到的参数（现场参数）。用 、等键可修改参数值，按M3键并保持不放，可返回显示上一参数。先按M键不放接着再按键可退出设置参数状态。如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。需要设定的参数有CTR 0 SN = 21 DIL = 000.0 DIH = 100.0 DIP = 1六、实验过程按提示正确完成连线后， 把实验程序由计算机下载到 PLC主机中（注意：此过 程中必须使PLC主机处于STOP状态，）；启动系统开关，把PLC主机置于RUN状态, 由加热器和风扇同时工作对受热体加热和散热； 当受热体温度升至46C时，系统进入 PID控制状态，使受热体的温度保持在设定值 50C。
10、七、数据存储器的地址分布寄存器地址功能描述D0存放由FXon-3A模块米集的输入量D1存放经过PID运算后的输出量D200存放系统目标值D201存放低于目标值5C的中间值（即46C）D202存放米样时间（PID参数存放的起始地址）D203存放系统动作方向（ACT）D204存放输入滤波常数（a）D205存放比例增益D206存放积分时间D207存放微分增益D208存放微分时间D224存放输出上限设定值D225存放输出下限设定值九、注意事项:本挂箱内的加热器由四个内热式烙铁芯构成，长时间的满负荷工作会使受热体温 度明显升高，影响挂箱内环境温度，可能会对元器件造成损坏。因此，在进行实验时 对设定值不要
11、设的过高（一般高于室内温度10-20 C即可），以免对挂箱造成不良影响。 十、思考题试着将D202至D208和D224Q225中的参数重设，观测温度变化的快慢情况,加以总结各个参数对温度变化的影响。八、实验示例程序MSJOC IHK125125 I如QmD201HOVPminSM01202D20S20I20dI -TOTDTDTOTOKUKOKOKUopkl?l3 200T5D如IMUK10ituHl UUJIK 002ISDOir) DO25JM26HtOOlHOOJ50 liUb100DZ07S15dO1251 対D200MKOCISKO(ITKUKJT2)00567D202M5C7DIKIFOOMClHUUUJKI
