論串級PID溫度控制的應用

摘 要：在工業電氣自動化控制領域，PID溫度控制已經廣泛使用， 相比傳統PID溫度控制，串級PID溫度控制的可控制性、高精度性以及可切換性更能讓工藝更上一層。本次以汽車涂裝生產車間閃干烘干爐溫度控制為背景，采用日本山武SDC45溫度控制表與三菱PLC相結合的自動控制爐內工藝要求溫度，根據工藝變化要求可以選擇送風、回風及串級PID溫度控制相切換的控制理念，取得良好的溫度控制效果，為提高噴涂工藝質量打下良好的基礎。

關鍵詞：PID溫度控制；可控制性；高精度性；串級PID溫度控制；山武SDC45溫度控制表

前言

在當前的工業電氣自動化控制領域，PID溫度控制已經廣泛使用，屬于傳統溫度控制，為達到更好的控制效果及更穩定的溫度曲線，現在串級PID控制逐漸發展起來。采用現有的帶有串級溫度控制的溫度控制器與流行的PLC相結合，使項目的開發設計硬件相對簡單化；采用溫度控制器與PLC的總線式通信使軟件設計也相對系統化，可讀性增強；采用人機界面的參數設置及數據顯示統計功能更使得直觀性，可操控性增強。在實現高精度溫度控制的同時可以保證設備的維護簡單，操作方便，數據記錄齊全等特點。

1 系統的硬件組成

1.1 人機界面

人機界面（可編程序終端及操作顯示面板）是工廠維護人員直接的操作對象及數據收集統計的設備。此次采用三菱的GT16系列人機觸摸屏，顏色及分辨率都可以給人以視覺上的享受。

1.2 PLC系統

PLC是整個系統的控制器，采集現場各個區域的溫度信號，及風閥限位開關的開閉信號控制相應風機的運轉，并且與溫控器通信實現在人機界面上對溫控器的設定值SP，PID參數等的設定及傳送。此次采用三菱的Q系列PLC及其相對應的與上位機通信用的同軸電纜通信模塊，與遠程I/O通信的CC-LINK模塊，與溫控器組網通信用的串口模塊，及各類數字I/O輸入輸出模塊和溫度采集用的模擬量輸入模塊。

1.3 串級溫度控制器

串級溫度控制器是此次項目的重點，它是整個溫度控制系統的核心，以其自身的串級控制功能來實現串級溫度控制。此次采用了山武的SDC45系列溫度控制器，其操作方便直觀，并可以通過軟件來實現參數的設置及PID參數的整定，大大縮短了現場的調試時間。

1.4 溫度控制器中繼系統

溫度控制器中繼系統采用山武的CMC15，其可以把PLC過來的422，232通信轉換為溫度控制表的RS485通信，從而可以使所有溫度控制器采用總線式接線和PLC進行數據通信。其可以通過軟件進行參數設置，方便使用。

1.5 溫度傳感器及執行機構

此次項目控制溫度不高，溫度傳感器采用了PT100電阻式溫度傳感器，執行機構采用山武的EMC3000系列電動比例閥控制燃燒器的燃氣及空氣量進而實現爐內的溫度控制。

2 系統的設計方案

此次系統根據客戶的不同工藝的控制要求，需要進行送風溫度控制，回風溫度控制以及串級溫度控制的相應切換來滿足不同的設備工藝。此三種溫度控制均由一個串級溫度控制器SDC45來實現，其中的三種控制通過人機界面的按鈕進行切換，切換的同時自動更改溫度控制的SP設定值及相應PID參數來滿足相應的溫度控制要求。

2.1 系統組成圖

如圖1，簡單表示出整理系統的構成。通過串級控制器采樣檢測溫度控制比例閥動作控制相應溫度，通過溫度中繼控制器把PLC過來的人機界面設定值及PID參數等送給串級溫度控制器。

圖1

2.2 溫度控制系統圖

圖2

如圖2，可以看出在串級溫度控制器中有兩PID組循環組，通過內部開關的開斷組合可以實現兩組PID循環組的單獨控制與兩組PID循環組的串級控制，從而根據不同工藝要求選擇不同的溫度控制模式。

3 系統的軟件設計

此次系統軟件程序用三菱的GX Deloper進行梯形圖編程，編程思路采用模塊化式編程，不同功能的程序組成不同的模塊，有助于提高程序的可讀性及編程的高效性。人機界面畫面由三菱的GT Designer來完成，各操作工藝相關的功能參數均在GOT畫面上詳細作出，方便維護人員的操作及數據的整合記錄。溫度控制器中繼器的程序采用山武的SLP-G15，在程序中把PLC地址與溫度控制器的實際功能地址一一對應設置，方便簡單的把PLC與溫度控制器相結合，并且內部設置工作周期掃描數據可以自動的根據掃描自動判斷某一控制器的通信狀態，提示通信異常報警。

3.1 觸摸屏畫面

圖3

如圖3，在人機界面中有三個按鈕串級控制，回風控制以及送風控制三個按鈕可以進行溫度控制模式的切換。在改變相應的模式的同時，相對應的模式下的溫度設定值及溫度控制PID參數也即傳送給溫度控制表。

3.2 溫控器中繼程序

圖4

如圖4，在溫度控制器中繼器中設置相應的PLC地址與溫度控制器的實際地址，比如設定值SP，檢測值PV，輸出值MV及相應的PID參數等，從而使溫度控制器與PLC的數據同步更新，可以從人機界面直接修改溫度控制器的參數。大大方便操作使用。

4 串級PID溫度控制的PID整定

在PID溫度控制已經成熟應用的今天，PID參數的整定也已經不是難事，先比例后積分最后再把微分加的經典總結經驗也讓大家在PID參數整定中受益匪淺。并且現在大多數的溫度控制器都自帶PID參數自動整定功能，更是大大的方便了工程調試人員。

然而由于串級PID溫度控制的特殊性質，兩組循環組PID控制的相互影響相互制約性給串級PID控制的PID參數整定帶了一些難度。此次PID參數整定采用了化整為散的假設辦法，把原先的一個SDC45串級溫度控制器由兩個SDC35普通溫度控制器代替連接為串級模式，這樣可以單獨整定每一個PID參數。比如回風控制要求為80度，可以先斷開串級，手動慢慢輸出送風的溫控器輸出值直到回風溫度大概接近與80度，記錄下此時的送風溫度值，假設為100度，之后以此100度作為回風溫度控制器的設定值自動整定其PID參數，此100度加減10%作為送風溫度控制器的設定值范圍自動整定送風的PID參數，最后回到SDC45的模式下設置好相應的參數自動升溫觀察相應溫度曲線進行PID參數微調整。

圖5

如圖5，可以通過山武的溫度曲線監控軟件與SDC35表進行通信實時監視曲線數據及調整PID參數進行PID的微整定，達到理想的PID整定曲線，兩個波前高后低4比1。最后進行過載試驗調整升溫曲線，從而達到實際生產時的穩定溫度控制要求。

5 結束語

電氣自動化的迅猛發展沖擊著整個自動化行業，通過此次用PID的串級控制取代傳統的PID溫度控制，使得溫度的可控制性更強，送風溫度與回風溫度都到達了相互制約，從而提高了溫度的精確性，為之后的生產工藝質量打下良好的基礎。減少了成品的返修率，相應地為整個生產車間帶來了更高的工作效率。

參考文獻

[1]劉鎮，姜學智，李東海.PID控制參數整定方法[J]電子技術應用，1997，5.

[2]三菱人機界面GOT[Z].三菱PLC軟件設計手冊.

[3]山武溫度控制器SDC45使用手冊[Z].

作者簡介：薛小兵（1982，1-），男，籍貫：河南，本科學歷，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣自動化設計。endprint

摘 要：在工業電氣自動化控制領域，PID溫度控制已經廣泛使用， 相比傳統PID溫度控制，串級PID溫度控制的可控制性、高精度性以及可切換性更能讓工藝更上一層。本次以汽車涂裝生產車間閃干烘干爐溫度控制為背景，采用日本山武SDC45溫度控制表與三菱PLC相結合的自動控制爐內工藝要求溫度，根據工藝變化要求可以選擇送風、回風及串級PID溫度控制相切換的控制理念，取得良好的溫度控制效果，為提高噴涂工藝質量打下良好的基礎。

關鍵詞：PID溫度控制；可控制性；高精度性；串級PID溫度控制；山武SDC45溫度控制表

前言

在當前的工業電氣自動化控制領域，PID溫度控制已經廣泛使用，屬于傳統溫度控制，為達到更好的控制效果及更穩定的溫度曲線，現在串級PID控制逐漸發展起來。采用現有的帶有串級溫度控制的溫度控制器與流行的PLC相結合，使項目的開發設計硬件相對簡單化；采用溫度控制器與PLC的總線式通信使軟件設計也相對系統化，可讀性增強；采用人機界面的參數設置及數據顯示統計功能更使得直觀性，可操控性增強。在實現高精度溫度控制的同時可以保證設備的維護簡單，操作方便，數據記錄齊全等特點。

1 系統的硬件組成

1.1 人機界面

人機界面（可編程序終端及操作顯示面板）是工廠維護人員直接的操作對象及數據收集統計的設備。此次采用三菱的GT16系列人機觸摸屏，顏色及分辨率都可以給人以視覺上的享受。

1.2 PLC系統

PLC是整個系統的控制器，采集現場各個區域的溫度信號，及風閥限位開關的開閉信號控制相應風機的運轉，并且與溫控器通信實現在人機界面上對溫控器的設定值SP，PID參數等的設定及傳送。此次采用三菱的Q系列PLC及其相對應的與上位機通信用的同軸電纜通信模塊，與遠程I/O通信的CC-LINK模塊，與溫控器組網通信用的串口模塊，及各類數字I/O輸入輸出模塊和溫度采集用的模擬量輸入模塊。

1.3 串級溫度控制器

串級溫度控制器是此次項目的重點，它是整個溫度控制系統的核心，以其自身的串級控制功能來實現串級溫度控制。此次采用了山武的SDC45系列溫度控制器，其操作方便直觀，并可以通過軟件來實現參數的設置及PID參數的整定，大大縮短了現場的調試時間。

1.4 溫度控制器中繼系統

溫度控制器中繼系統采用山武的CMC15，其可以把PLC過來的422，232通信轉換為溫度控制表的RS485通信，從而可以使所有溫度控制器采用總線式接線和PLC進行數據通信。其可以通過軟件進行參數設置，方便使用。

1.5 溫度傳感器及執行機構

此次項目控制溫度不高，溫度傳感器采用了PT100電阻式溫度傳感器，執行機構采用山武的EMC3000系列電動比例閥控制燃燒器的燃氣及空氣量進而實現爐內的溫度控制。

2 系統的設計方案

此次系統根據客戶的不同工藝的控制要求，需要進行送風溫度控制，回風溫度控制以及串級溫度控制的相應切換來滿足不同的設備工藝。此三種溫度控制均由一個串級溫度控制器SDC45來實現，其中的三種控制通過人機界面的按鈕進行切換，切換的同時自動更改溫度控制的SP設定值及相應PID參數來滿足相應的溫度控制要求。

2.1 系統組成圖

如圖1，簡單表示出整理系統的構成。通過串級控制器采樣檢測溫度控制比例閥動作控制相應溫度，通過溫度中繼控制器把PLC過來的人機界面設定值及PID參數等送給串級溫度控制器。

圖1

2.2 溫度控制系統圖

圖2

如圖2，可以看出在串級溫度控制器中有兩PID組循環組，通過內部開關的開斷組合可以實現兩組PID循環組的單獨控制與兩組PID循環組的串級控制，從而根據不同工藝要求選擇不同的溫度控制模式。

3 系統的軟件設計

此次系統軟件程序用三菱的GX Deloper進行梯形圖編程，編程思路采用模塊化式編程，不同功能的程序組成不同的模塊，有助于提高程序的可讀性及編程的高效性。人機界面畫面由三菱的GT Designer來完成，各操作工藝相關的功能參數均在GOT畫面上詳細作出，方便維護人員的操作及數據的整合記錄。溫度控制器中繼器的程序采用山武的SLP-G15，在程序中把PLC地址與溫度控制器的實際功能地址一一對應設置，方便簡單的把PLC與溫度控制器相結合，并且內部設置工作周期掃描數據可以自動的根據掃描自動判斷某一控制器的通信狀態，提示通信異常報警。

3.1 觸摸屏畫面

圖3

如圖3，在人機界面中有三個按鈕串級控制，回風控制以及送風控制三個按鈕可以進行溫度控制模式的切換。在改變相應的模式的同時，相對應的模式下的溫度設定值及溫度控制PID參數也即傳送給溫度控制表。

3.2 溫控器中繼程序

圖4

如圖4，在溫度控制器中繼器中設置相應的PLC地址與溫度控制器的實際地址，比如設定值SP，檢測值PV，輸出值MV及相應的PID參數等，從而使溫度控制器與PLC的數據同步更新，可以從人機界面直接修改溫度控制器的參數。大大方便操作使用。

4 串級PID溫度控制的PID整定

在PID溫度控制已經成熟應用的今天，PID參數的整定也已經不是難事，先比例后積分最后再把微分加的經典總結經驗也讓大家在PID參數整定中受益匪淺。并且現在大多數的溫度控制器都自帶PID參數自動整定功能，更是大大的方便了工程調試人員。

然而由于串級PID溫度控制的特殊性質，兩組循環組PID控制的相互影響相互制約性給串級PID控制的PID參數整定帶了一些難度。此次PID參數整定采用了化整為散的假設辦法，把原先的一個SDC45串級溫度控制器由兩個SDC35普通溫度控制器代替連接為串級模式，這樣可以單獨整定每一個PID參數。比如回風控制要求為80度，可以先斷開串級，手動慢慢輸出送風的溫控器輸出值直到回風溫度大概接近與80度，記錄下此時的送風溫度值，假設為100度，之后以此100度作為回風溫度控制器的設定值自動整定其PID參數，此100度加減10%作為送風溫度控制器的設定值范圍自動整定送風的PID參數，最后回到SDC45的模式下設置好相應的參數自動升溫觀察相應溫度曲線進行PID參數微調整。

圖5

如圖5，可以通過山武的溫度曲線監控軟件與SDC35表進行通信實時監視曲線數據及調整PID參數進行PID的微整定，達到理想的PID整定曲線，兩個波前高后低4比1。最后進行過載試驗調整升溫曲線，從而達到實際生產時的穩定溫度控制要求。

5 結束語

電氣自動化的迅猛發展沖擊著整個自動化行業，通過此次用PID的串級控制取代傳統的PID溫度控制，使得溫度的可控制性更強，送風溫度與回風溫度都到達了相互制約，從而提高了溫度的精確性，為之后的生產工藝質量打下良好的基礎。減少了成品的返修率，相應地為整個生產車間帶來了更高的工作效率。

參考文獻

[1]劉鎮，姜學智，李東海.PID控制參數整定方法[J]電子技術應用，1997，5.

[2]三菱人機界面GOT[Z].三菱PLC軟件設計手冊.

[3]山武溫度控制器SDC45使用手冊[Z].

作者簡介：薛小兵（1982，1-），男，籍貫：河南，本科學歷，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣自動化設計。endprint

摘 要：在工業電氣自動化控制領域，PID溫度控制已經廣泛使用， 相比傳統PID溫度控制，串級PID溫度控制的可控制性、高精度性以及可切換性更能讓工藝更上一層。本次以汽車涂裝生產車間閃干烘干爐溫度控制為背景，采用日本山武SDC45溫度控制表與三菱PLC相結合的自動控制爐內工藝要求溫度，根據工藝變化要求可以選擇送風、回風及串級PID溫度控制相切換的控制理念，取得良好的溫度控制效果，為提高噴涂工藝質量打下良好的基礎。

關鍵詞：PID溫度控制；可控制性；高精度性；串級PID溫度控制；山武SDC45溫度控制表

前言

在當前的工業電氣自動化控制領域，PID溫度控制已經廣泛使用，屬于傳統溫度控制，為達到更好的控制效果及更穩定的溫度曲線，現在串級PID控制逐漸發展起來。采用現有的帶有串級溫度控制的溫度控制器與流行的PLC相結合，使項目的開發設計硬件相對簡單化；采用溫度控制器與PLC的總線式通信使軟件設計也相對系統化，可讀性增強；采用人機界面的參數設置及數據顯示統計功能更使得直觀性，可操控性增強。在實現高精度溫度控制的同時可以保證設備的維護簡單，操作方便，數據記錄齊全等特點。

1 系統的硬件組成

1.1 人機界面

人機界面（可編程序終端及操作顯示面板）是工廠維護人員直接的操作對象及數據收集統計的設備。此次采用三菱的GT16系列人機觸摸屏，顏色及分辨率都可以給人以視覺上的享受。

1.2 PLC系統

PLC是整個系統的控制器，采集現場各個區域的溫度信號，及風閥限位開關的開閉信號控制相應風機的運轉，并且與溫控器通信實現在人機界面上對溫控器的設定值SP，PID參數等的設定及傳送。此次采用三菱的Q系列PLC及其相對應的與上位機通信用的同軸電纜通信模塊，與遠程I/O通信的CC-LINK模塊，與溫控器組網通信用的串口模塊，及各類數字I/O輸入輸出模塊和溫度采集用的模擬量輸入模塊。

1.3 串級溫度控制器

串級溫度控制器是此次項目的重點，它是整個溫度控制系統的核心，以其自身的串級控制功能來實現串級溫度控制。此次采用了山武的SDC45系列溫度控制器，其操作方便直觀，并可以通過軟件來實現參數的設置及PID參數的整定，大大縮短了現場的調試時間。

1.4 溫度控制器中繼系統

溫度控制器中繼系統采用山武的CMC15，其可以把PLC過來的422，232通信轉換為溫度控制表的RS485通信，從而可以使所有溫度控制器采用總線式接線和PLC進行數據通信。其可以通過軟件進行參數設置，方便使用。

1.5 溫度傳感器及執行機構

此次項目控制溫度不高，溫度傳感器采用了PT100電阻式溫度傳感器，執行機構采用山武的EMC3000系列電動比例閥控制燃燒器的燃氣及空氣量進而實現爐內的溫度控制。

2 系統的設計方案

此次系統根據客戶的不同工藝的控制要求，需要進行送風溫度控制，回風溫度控制以及串級溫度控制的相應切換來滿足不同的設備工藝。此三種溫度控制均由一個串級溫度控制器SDC45來實現，其中的三種控制通過人機界面的按鈕進行切換，切換的同時自動更改溫度控制的SP設定值及相應PID參數來滿足相應的溫度控制要求。

2.1 系統組成圖

如圖1，簡單表示出整理系統的構成。通過串級控制器采樣檢測溫度控制比例閥動作控制相應溫度，通過溫度中繼控制器把PLC過來的人機界面設定值及PID參數等送給串級溫度控制器。

圖1

2.2 溫度控制系統圖

圖2

如圖2，可以看出在串級溫度控制器中有兩PID組循環組，通過內部開關的開斷組合可以實現兩組PID循環組的單獨控制與兩組PID循環組的串級控制，從而根據不同工藝要求選擇不同的溫度控制模式。

3 系統的軟件設計

此次系統軟件程序用三菱的GX Deloper進行梯形圖編程，編程思路采用模塊化式編程，不同功能的程序組成不同的模塊，有助于提高程序的可讀性及編程的高效性。人機界面畫面由三菱的GT Designer來完成，各操作工藝相關的功能參數均在GOT畫面上詳細作出，方便維護人員的操作及數據的整合記錄。溫度控制器中繼器的程序采用山武的SLP-G15，在程序中把PLC地址與溫度控制器的實際功能地址一一對應設置，方便簡單的把PLC與溫度控制器相結合，并且內部設置工作周期掃描數據可以自動的根據掃描自動判斷某一控制器的通信狀態，提示通信異常報警。

3.1 觸摸屏畫面

圖3

如圖3，在人機界面中有三個按鈕串級控制，回風控制以及送風控制三個按鈕可以進行溫度控制模式的切換。在改變相應的模式的同時，相對應的模式下的溫度設定值及溫度控制PID參數也即傳送給溫度控制表。

3.2 溫控器中繼程序

圖4

如圖4，在溫度控制器中繼器中設置相應的PLC地址與溫度控制器的實際地址，比如設定值SP，檢測值PV，輸出值MV及相應的PID參數等，從而使溫度控制器與PLC的數據同步更新，可以從人機界面直接修改溫度控制器的參數。大大方便操作使用。

4 串級PID溫度控制的PID整定

在PID溫度控制已經成熟應用的今天，PID參數的整定也已經不是難事，先比例后積分最后再把微分加的經典總結經驗也讓大家在PID參數整定中受益匪淺。并且現在大多數的溫度控制器都自帶PID參數自動整定功能，更是大大的方便了工程調試人員。

然而由于串級PID溫度控制的特殊性質，兩組循環組PID控制的相互影響相互制約性給串級PID控制的PID參數整定帶了一些難度。此次PID參數整定采用了化整為散的假設辦法，把原先的一個SDC45串級溫度控制器由兩個SDC35普通溫度控制器代替連接為串級模式，這樣可以單獨整定每一個PID參數。比如回風控制要求為80度，可以先斷開串級，手動慢慢輸出送風的溫控器輸出值直到回風溫度大概接近與80度，記錄下此時的送風溫度值，假設為100度，之后以此100度作為回風溫度控制器的設定值自動整定其PID參數，此100度加減10%作為送風溫度控制器的設定值范圍自動整定送風的PID參數，最后回到SDC45的模式下設置好相應的參數自動升溫觀察相應溫度曲線進行PID參數微調整。

圖5

如圖5，可以通過山武的溫度曲線監控軟件與SDC35表進行通信實時監視曲線數據及調整PID參數進行PID的微整定，達到理想的PID整定曲線，兩個波前高后低4比1。最后進行過載試驗調整升溫曲線，從而達到實際生產時的穩定溫度控制要求。

5 結束語

電氣自動化的迅猛發展沖擊著整個自動化行業，通過此次用PID的串級控制取代傳統的PID溫度控制，使得溫度的可控制性更強，送風溫度與回風溫度都到達了相互制約，從而提高了溫度的精確性，為之后的生產工藝質量打下良好的基礎。減少了成品的返修率，相應地為整個生產車間帶來了更高的工作效率。

參考文獻

[1]劉鎮，姜學智，李東海.PID控制參數整定方法[J]電子技術應用，1997，5.

[2]三菱人機界面GOT[Z].三菱PLC軟件設計手冊.

[3]山武溫度控制器SDC45使用手冊[Z].

作者簡介：薛小兵（1982，1-），男，籍貫：河南，本科學歷，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣自動化設計。endprint