基于PID溫度控制

1、論文題目：溫度PID控制1.1【摘要】隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過(guò)程變量。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過(guò)程變量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。這方面的應(yīng)用大多是基于單片機(jī)進(jìn)行PID控制，然而單片機(jī)控制的DDC系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長(zhǎng)處，然而PLC在這方面卻是公認(rèn)的最佳選擇。隨著PLC功能的擴(kuò)充在許多PLC控制器中都擴(kuò)充了PID控制功能，因此在邏輯控制與PID控制混合的應(yīng)用場(chǎng)所中采用PLC控制是較為合理的，通過(guò)采用PLC來(lái)

2、對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，PLC對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問(wèn)題。這也正是本課題所重點(diǎn)研究的內(nèi)容。12【關(guān)鍵詞】PLC；編程語(yǔ)言；溫度1) 溫度的檢測(cè)；2) 采用PLC進(jìn)行恒溫控制；3) PID算法在PLC中如何實(shí)現(xiàn)；4) PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響；2基于PLC的爐溫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)控制要求本PLC溫度控制系統(tǒng)的具體指標(biāo)要求是：對(duì)加熱器加熱溫度調(diào)整范圍為0°C150°C，溫度控制精度小于3°C,系統(tǒng)的超調(diào)量須小于15%。

3、軟件設(shè)計(jì)須能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，考慮到本系統(tǒng)控制對(duì)象為電爐，是一個(gè)大延遲環(huán)節(jié)，且溫度調(diào)節(jié)范圍較寬，所以本系統(tǒng)對(duì)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間不予要求。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對(duì)每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。整個(gè)控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)硬件框圖結(jié)構(gòu)如圖所示:圖2.1系統(tǒng)硬件框圖被控對(duì)象為爐內(nèi)溫度，溫度傳感器檢測(cè)爐內(nèi)的溫度信號(hào)，經(jīng)溫度變送器將溫度值轉(zhuǎn)換成010V的電壓信號(hào)送入PLC模塊。PLC把這個(gè)測(cè)量信號(hào)與設(shè)定值比較得到偏差，經(jīng)PID運(yùn)算后，發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)調(diào)壓裝置輸出交流電壓用來(lái)控制電加熱器的端電壓，從而實(shí)現(xiàn)爐溫的連續(xù)控制。2.3系統(tǒng)的硬件配置2.3.1S7-200PLC

4、選型S7-200系列PLC是由德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種超小型系列可編程控制器，它能夠滿足多種自動(dòng)化控制的需求，其設(shè)計(jì)緊湊，價(jià)格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令功能，可代替繼電器在簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。因?yàn)樗哂袠O強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用2S7-200系列可以根據(jù)對(duì)象的不同，可以選用不同的型號(hào)和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。S7-200主要功能模塊介紹：(1>CPU模塊S7-200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元，電源以及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊，獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)

5、備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載從CPU模塊的功能來(lái)看，CPU模塊為CPU22*,它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置CPU單元：CPU221它有6輸入/4輸出，1/0共計(jì)10點(diǎn)無(wú)擴(kuò)展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較小,有一定的高速計(jì)數(shù)處理能力，非常適合于少點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計(jì)14點(diǎn)，和CPU221相比，它可以進(jìn)行一定的模擬量控制和2個(gè)模塊的擴(kuò)展，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。CPU224它有14輸入/10輸出，I/0共計(jì)24點(diǎn)，和前兩者相比，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，它可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用得最多S7

6、-200產(chǎn)品。CPU226它有24輸入/16輸出，1/0共計(jì)40點(diǎn)，和CPU224相比,增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)。它可用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。CPU226XM它在用戶程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和CPU226相同。（2開關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊當(dāng)CPU的I/0點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行I/O擴(kuò)展,1/0擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。通常開關(guān)量I/O模塊產(chǎn)品分3種類型:輸入模塊，輸出模塊以及輸入/輸出模塊。為了保證PLC的工作可靠性，在輸入模塊中都采用提高可靠性的技術(shù)措施。如光電隔離，輸入保護(hù)（浪涌吸收器，旁路二極管，

7、限流電阻，高頻濾波，輸入數(shù)據(jù)緩沖器等。因?yàn)镻LC要控制的對(duì)象有多種，因此輸出模塊也應(yīng)根據(jù)負(fù)載進(jìn)行選擇，有直流輸出模塊，交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按照輸出開關(guān)器件種類不同又分為3種：繼電器輸出型，晶體管輸出型和雙向晶閘管輸出型。這三種輸出方式中，從輸出響應(yīng)速度來(lái)看，晶體管輸出型最快，繼電器輸出型最差，晶閘管輸出型居中；若從與外部電路安全隔離角度看，繼電器輸出型最好。在實(shí)際使用時(shí)，亦應(yīng)仔細(xì)查看開關(guān)量I/O模塊的技術(shù)特性，按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是單回路的反饋系統(tǒng)，CPU224XP相比與其他型號(hào)具有更好的硬件指標(biāo)，其上自帶有模擬量的輸入和輸出通道，因此節(jié)省了元器件的成本，CPU224XP

8、自帶的模擬量I/O規(guī)格如表：表2.1模擬量I/O配置表I/O信號(hào)信號(hào)類型電壓信號(hào)電流信號(hào)模擬量輸入*2±10V/模擬量輸出010V020mACPU224XP自帶的模擬量輸入通道有2個(gè)，模擬量輸出通道1個(gè)。在S7-200中，單極性模擬量的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)值范圍是032000,雙極性模擬信號(hào)的數(shù)值范圍是-32000+3200032.3.2溫度傳感器溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD和IC溫度傳感器。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，典型的有銅熱電阻、鉑熱電阻等。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工

9、業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變，通常用PT100來(lái)表示。其中PT后的100即表示它在0°C時(shí)阻值為100歐姆，在100°C時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。PT100是廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50600°C范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。因?yàn)殂K電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入EEPROM中

10、，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值4。常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。本設(shè)計(jì)采用的就是三線制接線。因?yàn)殂K熱電阻測(cè)出的是溫度變化，需要在將信號(hào)輸入PLC前加一個(gè)溫度變送器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。本系統(tǒng)采用的溫度變送器是DZ4130，使用過(guò)程中要加一個(gè)24V的電源，該電源可以從PLC上直接獲得。2.3.3調(diào)壓裝S<SSR）因?yàn)镻LC輸出的信號(hào)是直流信號(hào)，而被控制的加熱器小燈泡是由220伏特交流電供應(yīng)工作的，所以

11、在由PLC接入到小燈泡時(shí)要加入一個(gè)調(diào)壓裝置，本設(shè)計(jì)采用的是一個(gè)可將5伏特的直流電轉(zhuǎn)化為220伏特交流電的反相調(diào)壓器EUV-75A。該調(diào)壓裝置工作時(shí)需要有兩個(gè)工作電源，分別支持交流部分和直流部分工作，交流部分需要220伏特的工作電壓，直流部分需要5伏特的直流電壓。EUV-75A是反相調(diào)壓器，即輸入0伏特對(duì)應(yīng)的輸出是220伏特的輸出，而輸入5伏特對(duì)應(yīng)的是0伏特是輸出。EUV-75A的硬件接線如圖所示：1.1圖2.2EUV-75A硬件接線圖其中直流部分共有5根線，實(shí)際使用的時(shí)候只有其中3根式有用的，一根接5伏特的直流電源，一根為信號(hào)的輸出端，還有一根是電源和輸出信號(hào)的公共接地。EUV-75A的交流部

12、分有3個(gè)端口，對(duì)角線的兩個(gè)端口是接工作電源220伏特的交流電，輸出信號(hào)接剩下的一個(gè)端口和其下方的一個(gè)端。3爐溫PID控制算法模擬PID算法簡(jiǎn)介在項(xiàng)目實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近80年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)

13、參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例P）控制：比例控制是一種最簡(jiǎn)單，最常用的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差Steady-stateerror）。積分1）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取

14、決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。微分D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是因?yàn)榇嬖谟休^大慣性組件環(huán)節(jié)）或有滯后（delay組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往

15、往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。4基于PLC的爐溫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 STEP7MICR0/WIN32軟件介紹STEP7-Micro/WIN32編程軟件是由西門子公司專為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用8，例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯原有的用戶程序，編輯過(guò)程中編輯器具有簡(jiǎn)單語(yǔ)法檢查功能。同時(shí)

16、它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。程序編輯過(guò)程中的語(yǔ)法檢查功能可以提前避免一些語(yǔ)法和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。梯形圖中的錯(cuò)誤處的下方自動(dòng)加紅色曲線，語(yǔ)句表中錯(cuò)誤行前有紅色叉，且錯(cuò)誤處的下方加紅色曲線。軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。聯(lián)機(jī)方式：有編程軟件的計(jì)算機(jī)與PLC連接，此時(shí)允許兩者之間做直接通信。離線方式：有編程軟件的計(jì)算機(jī)與PLC斷開連接，此時(shí)能完成大部分基本功能。如編程、編譯和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算機(jī)上9。兩者的主要區(qū)別

17、是：聯(lián)機(jī)方式下可直接針對(duì)相連的PLC進(jìn)行操作，如上載和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等；而離線方式下不直接與PLC聯(lián)系，所有程序和參數(shù)都暫時(shí)存放在磁盤上，等聯(lián)機(jī)后在下載到PLC中。4.2 輸入輸出點(diǎn)配置表4.1程序使用輸入輸出點(diǎn)配置符號(hào)地址注釋運(yùn)行M0.00運(yùn)行1停止輸出歸一VD90001手自動(dòng)M0.30手動(dòng)1自動(dòng)手動(dòng)輸出VD70001實(shí)際溫度VD550度設(shè)定溫度VD650度模擬輸出AQW0160000PID輸出VW800VW8004.3系統(tǒng)流程圖圖4.1系統(tǒng)流程圖4.4系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)4.4.1爐溫實(shí)際溫度的檢測(cè)網(wǎng)路I實(shí)吋言地址辻莊|圖4.2將采集采集實(shí)際溫度轉(zhuǎn)換為PLC計(jì)算數(shù)值的程序爐溫實(shí)際溫度的檢測(cè)

18、是要將溫度量轉(zhuǎn)化為PLC可識(shí)別的量，所以，將溫度變送器輸出的值先由16位的整型轉(zhuǎn)化為32位的雙整型，再由雙整型轉(zhuǎn)化為實(shí)型，實(shí)型小數(shù)點(diǎn)后可有6位，故比較精確。因?yàn)殂K電阻的最大量程為150攝氏度，PLC模擬輸入輸出最大位為32000，為將測(cè)得的溫度值與PLC中計(jì)算值相對(duì)應(yīng)，故將送入PLC中的溫度值先除以32000再乘以150，此時(shí)得到測(cè)得溫度值在PLC中計(jì)算所對(duì)應(yīng)的數(shù)，將該數(shù)送入變量寄存器VD550。4.4.2PID算法在S7-200中的實(shí)現(xiàn)S7-200的編程軟件Micro/WIN提供了PID指令向?qū)?，PID控制程序可以通過(guò)指令向?qū)ё詣?dòng)生成10。除此之外，PID指令也同時(shí)會(huì)被自動(dòng)調(diào)用。首先選擇運(yùn)用

19、PID算法的回路，本系統(tǒng)就一個(gè)回路，故選擇回路0：PID希殳回導(dǎo)!PI»配盍0)Ih回何此制扣MEW、Efx駅E1-.UJ薯莉J:八_srPID(您的項(xiàng)目包合以弋暑存?id配直，委褊禍觀專配直，活從叢下列表中述禪-r才單擊“1y”°妥創(chuàng)且新m配直諸吭捍“新逹”，希要編輯的配畳ID配宜0(FIB0)魚口“枝”端輜也配宜°上1歩下1步、驅(qū)消I圖4.3回路選擇界面第二步給回路參數(shù)定值，本系統(tǒng)采用的鉑電阻的測(cè)量范圍是0150度，故給定范圍的低限和高限分別為0和150；回路的參數(shù)可以先不設(shè)定，因?yàn)樾碌腟7-200CPU支持PID自整定功能圖4.4回路給定值范圍和參數(shù)配置界面

20、第三步設(shè)置回路輸入輸出項(xiàng)，輸入和輸出量都是單級(jí)性的模擬量，因?yàn)镾7200的單極性模擬量輸入輸出信號(hào)的數(shù)值范圍是03200011,所以輸入項(xiàng)的量程為032000，因?yàn)檩敵鰰r(shí)通過(guò)的變相器的量程只有輸入時(shí)的一半，故輸出的量程設(shè)置為016000圖4.5回路輸入輸出參數(shù)性質(zhì)配置界面第四步是給該子程序命名和添加手動(dòng)控制圖4.6子程序命名和選擇手動(dòng)控制界面這步完成以后PID向?qū)Ь蛶臀覀兺瓿闪薖ID算法子程序的設(shè)計(jì)。然后在程序中調(diào)用向?qū)傻腜ID子程序如下圖）11網(wǎng)貉3網(wǎng)貉標(biāo)題網(wǎng)絡(luò)注釋SM0.0+_flEString+團(tuán)Table+型Timers+血Libraries-g匚milSubroutines口SB

21、R_O£FIDOINIT1T圖4.7生成子程序圖PIDO_IMITENAIWO-設(shè)定溫度VD65D-手自動(dòng):MO3-手動(dòng)輸出WDFClbPV_ISetpoiriAuto_"Output-PIM*：VWSOO圖4.8PID子程序圖4.4.3輸出控制量的處理網(wǎng)路4冥師值地址PICi-HW30CCT16000網(wǎng)珞5rf.b迄訂IvOOM0.右ENENOFID輸tUfWBOO-INLIT-WB40VWB401EOOO1GODO-INENOUT-W.D840W840ENMDVWENOSUBJiniourIN2M0V_W匚kl匚hl廠11-16DOO-VWBJO-WB50W850-tn

22、tnUINOUT11-INUT-VW04O模擬輸出:炯頁(yè)d17_V/EMEMOIUCLT-橈擬輸岀皿馳1GODQ-地址注釋FID輸出VW800inniiiii模伽仙1600曠0運(yùn)訂MO.O垢匸1停止圖4.9輸出控制程序圖經(jīng)PID控制過(guò)后的輸出量和輸入一樣，同樣要其由整型轉(zhuǎn)化為實(shí)型，但因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的電壓變送器采用的是5伏的反相模塊，所以對(duì)應(yīng)的最大值變?yōu)?6000。雖然鉑電阻的測(cè)溫范圍是在0到150攝氏度之間，所以本系統(tǒng)只對(duì)0至150攝氏度之間的溫度做顯示，當(dāng)輸出值大于16000時(shí)，說(shuō)明溫度高于150攝氏度，考慮到反相調(diào)壓模塊，輸出值設(shè)為0；當(dāng)輸出值小于0時(shí)說(shuō)明溫度低于0攝氏度，同樣要考慮到反相調(diào)壓

23、模塊，輸出要設(shè)為16000；當(dāng)輸出在0至150攝氏度之間時(shí)，輸出值應(yīng)當(dāng)設(shè)定為16000減去當(dāng)前值才可適應(yīng)于反相調(diào)壓模塊。將輸出值要送至模擬輸出端AW0。當(dāng)開關(guān)M0.0斷開時(shí)，會(huì)有一個(gè)脈沖下降沿，故當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)同樣要考慮反相調(diào)壓模塊，要將16000送至輸出端。4.5系統(tǒng)程序調(diào)試PII訶節(jié)撓就面板在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，要得到精確的控制精度，最關(guān)鍵的問(wèn)題就是PID控制器三參數(shù)比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間）的整定。整定的好壞不但會(huì)影響到控制質(zhì)量，而且還會(huì)影響到控制器的魯棒性12。為此，需要根據(jù)該控制對(duì)象的特性確定準(zhǔn)確的PID參數(shù)。因?yàn)槲鏖T子S7-200的V4.0版的編程軟件STEP7-Micro/WIN提

24、供了PID參數(shù)自整定功能。V4.0版的編程軟件STEP7-Micro/WIN增加了PID整定控制面板。這兩項(xiàng)功能相結(jié)合,使用戶能輕松地實(shí)現(xiàn)PID的參數(shù)自整定，同時(shí)可以對(duì)最多8個(gè)回路進(jìn)行自整定。自整定能提供一組近似最優(yōu)的整定參數(shù)。西門子S7-200的PID參數(shù)自整定屬于基于規(guī)則的自整定，此方法對(duì)模型要求較少,借助于控制器輸出和過(guò)程輸出變量的觀測(cè)值來(lái)表征動(dòng)態(tài)特性,具有易執(zhí)行且魯棒性較強(qiáng)的特點(diǎn),這種自整定法能綜合采用專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整定。但這類方法的理論基礎(chǔ)較弱,需要豐富的控制知識(shí),其性能的優(yōu)劣取決于開發(fā)者對(duì)控制回路參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)反饋控制理論的理解程度。S7-200使用的自整定算法為Astrom和

25、Hagglun提出的繼電型PID自整定控制法,它用繼電特性的非線性環(huán)節(jié)代替ZN法（Ziegler-Nichols中的純比例控制器，使系統(tǒng)出現(xiàn)極限環(huán)，從而獲取所需要的臨界值?；诶^電反饋的自動(dòng)整定法避免了ZN法整定時(shí)間長(zhǎng)、臨界穩(wěn)定等問(wèn)題，且保留其簡(jiǎn)單性，目前已成為PID自動(dòng)整定方法中應(yīng)用最多的一種。其基本思想是在控制系統(tǒng)中設(shè)置兩種模態(tài):測(cè)試模態(tài)和調(diào)節(jié)模態(tài)。在測(cè)試模態(tài)下，由一個(gè)繼電非線性環(huán)節(jié)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的振蕩頻率和增益，而在調(diào)節(jié)模態(tài)下，由系統(tǒng)的特征參數(shù)首先得到PID控制器，然后由此控制器對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，則需要重新進(jìn)入測(cè)試模態(tài)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完畢之后再回到調(diào)節(jié)模態(tài)進(jìn)行控

26、制。要確定系統(tǒng)的振蕩頻率sc與Kc增益，比較常用的是描述函數(shù)方法，根據(jù)非線性環(huán)節(jié)輸入與輸出信號(hào)之間的基波分量關(guān)系來(lái)進(jìn)行近似分析。4.5.1S7-200PLC的PID參數(shù)整定過(guò)程西門子S7-200的PID參數(shù)自整定可由PID整定控制面板來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下圖：FIT謂節(jié)蠱制面檢從當(dāng)前fiD下拉刊應(yīng)中卿一于PID亙B&SK譽(yù)迸疔調(diào)書單擊刊幵聞自動(dòng)調(diào)袪"技鈕開聞圍節(jié)埠法單擊”關(guān)陽(yáng)d范鈕退出.圖4.10PID調(diào)節(jié)面板界面第一步：在PIDWizard（向?qū)В┲型瓿蒔ID功能配置第二步：打開PID調(diào)節(jié)控制面板，設(shè)置PID回路調(diào)節(jié)參數(shù)在Micro/WINV4.0在線的情況下，進(jìn)入PID調(diào)節(jié)控制面板中，如果面板沒(méi)有被激活所有地方都是灰色），可點(diǎn)擊配置按鈕運(yùn)行CPU。在PID調(diào)節(jié)面板的當(dāng)前PID區(qū)選擇要調(diào)節(jié)的PID回路號(hào)，在調(diào)節(jié)參數(shù)區(qū)選擇手動(dòng)，調(diào)節(jié)PID參數(shù)并點(diǎn)擊更新，使新參數(shù)值起作用，監(jiān)視其趨勢(shì)圖，根據(jù)調(diào)節(jié)狀況改變PID參數(shù)直至調(diào)節(jié)穩(wěn)定。第三步：在調(diào)節(jié)參數(shù)區(qū)點(diǎn)擊高級(jí)按鈕，設(shè)定PID自整定選項(xiàng)。如果不是很特殊的系統(tǒng)，也可以不加理會(huì)。圖4.11高級(jí)PID自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)界面第四步：在手動(dòng)將PID調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)后，即過(guò)程值與設(shè)定值接近，且輸出沒(méi)有不規(guī)律的變化，并最好處于控制范圍中心附近。此時(shí)可點(diǎn)擊調(diào)整參數(shù)區(qū)內(nèi)的開始自動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕啟動(dòng)PID自整定功能，這時(shí)按鈕變?yōu)橥?/p>