基于PLC控制下閉環(huán)系統(tǒng)PID控制器的設(shè)計(jì)研究

董宗慧

（山西大學(xué)，山西太原，030013）

基于PLC控制下閉環(huán)系統(tǒng)PID控制器的設(shè)計(jì)研究

董宗慧

（山西大學(xué)，山西太原，030013）

在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，我們通常需要使用閉環(huán)控制方法對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)對(duì)PID控制器發(fā)出指令，從而使溫度、壓力、流量等持續(xù)變化的模擬量得到有效地控制。PLC控制系統(tǒng)操作相對(duì)來(lái)說(shuō)十分簡(jiǎn)便，有利于機(jī)械設(shè)備的工業(yè)運(yùn)行效率。本文根據(jù)PLC控制下閉環(huán)系統(tǒng)中的技術(shù)細(xì)節(jié)展開(kāi)討論，提出幾點(diǎn)有利于PID控制器靈敏度提高，有利于生產(chǎn)效率提高的可行性措施。

控制器；閉環(huán)系統(tǒng)；控制模塊；試驗(yàn)系統(tǒng)

1 PID控制算法和參數(shù)設(shè)計(jì)分析

通過(guò)變頻器信號(hào)的控制，將水位信號(hào)或者壓力值、流量系統(tǒng)控制在一定的水平狀態(tài)，使PLC控制裝置的水平及靈敏度明顯提高[1]。在接PLC（上、下限輸出）的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，根據(jù)PID回路表，如果偏移地址為“0”，那么過(guò)程變量為PVN，輸出控制格式為雙字節(jié)數(shù)，PID回路表為純輸入類型。那么它的限定值為0.0-1.0之間。當(dāng)偏移地址為“4”時(shí)，變量給定值為spn,輸入格式為純輸入類型，那么它的限定值為0.0-1.0之間。

當(dāng)偏移地址為“8”時(shí)，那么PID指令的輸入值為MN，格式為雙字節(jié)數(shù)，變頻控制器的類型為“輸入”和“輸出”相結(jié)合的兩種類型，那么它的限定值為0.0-1.0之間。當(dāng)偏移地址為“12”時(shí)，PID回路控制器的增益為KC，變頻器的控制器格式為雙字節(jié)數(shù)，類型為純輸入型。在增益為KC時(shí)，它的限定值為比例常數(shù)，常數(shù)可以為正數(shù)也可以為負(fù)數(shù)，在輸入流量穩(wěn)定時(shí)，它的限定值可為0。當(dāng)PID閉環(huán)回路的偏移地址為“16”時(shí)，采樣器的運(yùn)行過(guò)程時(shí)間為T(mén)S，它的運(yùn)行格式為雙字節(jié)數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，PID控制器的類型為純輸入型，它的限定值為比例常數(shù)，其中，它的單位為S，并且必須為正數(shù)。當(dāng)偏移地址為“20”時(shí)，它的變量體現(xiàn)在積分時(shí)間上，我們可以將其暫定為T(mén)t，格式依然為雙字節(jié)數(shù)，類型為純粹輸入的變化范圍定值，描述方法為時(shí)間單位為MIN正數(shù)，且可以為“0”。如果PID指令中的算術(shù)運(yùn)算發(fā)生了錯(cuò)誤，特殊存儲(chǔ)器位置發(fā)生的故障很容易發(fā)生，并被判斷出來(lái)[2]。因此，在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，對(duì)于關(guān)鍵位置的發(fā)動(dòng)機(jī)部分的控制器會(huì)變得更加簡(jiǎn)單，控制方法也變得更加精準(zhǔn)。

2 PID控制算法系統(tǒng)過(guò)程分析

在采樣時(shí)間的控制過(guò)程中，盡量保證時(shí)間最短，如果采集電極的速度超出了預(yù)定范圍，應(yīng)該將檢測(cè)結(jié)果送到D/A中，進(jìn)行報(bào)警和處理[3]。從PID控制算法的程序運(yùn)行的控制過(guò)程中，從一開(kāi)始就應(yīng)該調(diào)用初始化子程序進(jìn)行優(yōu)化分析，當(dāng)讀出初始給定狀態(tài)為“1”時(shí)，可以將其控制程序轉(zhuǎn)化為堵轉(zhuǎn)延時(shí)狀態(tài)。當(dāng)給定時(shí)，狀態(tài)為通常運(yùn)行的特點(diǎn)。我們一般會(huì)將控制移相輸出的值域范圍控制在-0.2到+0.2之間。當(dāng)機(jī)器的內(nèi)部信號(hào)指令傳達(dá)速度時(shí)，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該及時(shí)的發(fā)出堵轉(zhuǎn)信號(hào)，并且，使PID控制裝置的輸出的那部分得到控制封鎖。工程項(xiàng)目的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行針對(duì)性分析，如果PID控制器是在β角處實(shí)現(xiàn)保護(hù)，那么應(yīng)當(dāng)開(kāi)啟控制裝置的故障報(bào)警系統(tǒng)，并且顯示出運(yùn)行中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。在換向狀態(tài)下，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)邏輯轉(zhuǎn)向，最終結(jié)束控制器的整體單次運(yùn)行操作。基本控制模塊的功能包括被控對(duì)象手動(dòng)或者在自動(dòng)狀態(tài)下的啟動(dòng)與停止、報(bào)警處理、手動(dòng)/自動(dòng)切換處理。在溫度控制系統(tǒng)的PID控制器中，我們可以對(duì)模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。在輸入值R作用于系統(tǒng)之后，應(yīng)該考慮到它的誤差e，并且根據(jù)模糊推理的方法，考察三種數(shù)值情況下的PID控制器的情況。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將溫度傳感通過(guò)變送器送出，完成自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的處理。

3 PID控制算法的PLC實(shí)現(xiàn)

在精密設(shè)備的控制運(yùn)行系統(tǒng)中，自動(dòng)化智能遠(yuǎn)程控制一般是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行采集和處理分析，計(jì)算機(jī)采集信息技術(shù)能夠通過(guò)使用互聯(lián)網(wǎng)二值信號(hào)到通信領(lǐng)域中，編輯處理的各類復(fù)雜的發(fā)電和流量信息數(shù)據(jù)[4]。利用數(shù)字化技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N圖表和直觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多計(jì)算機(jī)媒體操作形式下的訊息整合。PID控制器將處理后的信息進(jìn)行集成和顯示，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化信息處理，可以使得統(tǒng)計(jì)方式變得更加豐富和清晰，便于生產(chǎn)線管理層人員和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度員參考查閱。

PLC控制下閉環(huán)系統(tǒng)PID控制器系統(tǒng)運(yùn)行方法，是工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中開(kāi)展生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和數(shù)據(jù)統(tǒng)籌過(guò)程中最為重要的系統(tǒng)[5]。穩(wěn)定性較高的工程自動(dòng)化控制可以確保生產(chǎn)活動(dòng)順利進(jìn)行，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信技術(shù)運(yùn)用，就能夠提高對(duì)于數(shù)據(jù)控制的穩(wěn)定性。使用自動(dòng)化PLC控制下閉環(huán)系統(tǒng)PID控制器自動(dòng)控制系統(tǒng)，從根本上確保流量控制過(guò)程中工業(yè)生產(chǎn)的安全和高效。PLC系統(tǒng)中工程自動(dòng)化的技術(shù)人員必須要嚴(yán)格的監(jiān)控各個(gè)電子儀表器具的運(yùn)行狀況，并且要定期進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的升級(jí)操作，對(duì)電子儀表裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)登記和記錄，以便及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)工程自動(dòng)化控制設(shè)備中出現(xiàn)的種種問(wèn)題，實(shí)時(shí)排除系統(tǒng)故障及設(shè)備故障，確保生產(chǎn)過(guò)程中流量系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)的順利運(yùn)行。

4 PID控制器的調(diào)節(jié)原理

PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值SV與實(shí)際輸出的反饋值PV構(gòu)成的偏差值。它可以將偏差值的準(zhǔn)確比例（P），偏差值的積分（I）以及測(cè)定的偏差值微分（D）通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于被控制對(duì)象的精準(zhǔn)控制。

在上位數(shù)據(jù)已經(jīng)給定的情況下，我們可以通過(guò)就地給定和遠(yuǎn)控給定兩種方式，確定給定方式保持在一致的范圍內(nèi)[6]。在給定變量和設(shè)定點(diǎn)變量的分析過(guò)程中，使用短線保護(hù)從而確定新的設(shè)定變量。在PID信號(hào)輸出的過(guò)程中，還應(yīng)該對(duì)此時(shí)的輸出變量和給定變量進(jìn)行比較。基于PLC的PID控制系統(tǒng)分析中，PID的輸入值被SI所干擾，S1為D0，S2為D1，S3為D100。其中，整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中，給定植為SV，反饋值為PV，輸出值為MV。在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的信息采集及過(guò)程分析中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與采樣周期T有關(guān)。采樣時(shí)間間隔的越長(zhǎng)，那么整個(gè)控制系統(tǒng)的變化信號(hào)波動(dòng)峰值就會(huì)比較大，也就是系統(tǒng)震蕩加大，那么系統(tǒng)的穩(wěn)定性就會(huì)比較差。當(dāng)采樣時(shí)間間隔的比較短，對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，變化信號(hào)比較小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)越好。

5 結(jié)束語(yǔ)

在利用PID控制算法對(duì)PLC遠(yuǎn)程控制模式的效果實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)該對(duì)控制算法進(jìn)行最優(yōu)控制，努力使控制步驟得到最大程度的精簡(jiǎn)，從而顯著提高PID控制算法的精準(zhǔn)性。在壓力給定的基礎(chǔ)下，利用智能PID調(diào)節(jié)裝置，能夠很好的調(diào)節(jié)變頻器。通過(guò)按鈕的啟用及調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)程控制很有可能實(shí)現(xiàn)。

[1]魏航信,吳偉,職黎光等.變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)自動(dòng)送鉆試驗(yàn)系統(tǒng)的研究[J].石油機(jī)械,2009,37(3):10-12,50.

[2]嚴(yán)良文,孫賢安.應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制模塊PP41實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制[J].電氣自動(dòng)化,2007,29(2):14-15.

[3]任俊杰,李永霞等.基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制器的實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2009, 31(4):20-23.

[4]侯樹(shù)文,王永梅等.基于PLC的火力發(fā)電機(jī)組主汽溫微分先行控制器[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2009,29(2):140-144.

[5]張吉月,紀(jì)文剛,張寧等.溢流式染色機(jī)模糊控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].電氣自動(dòng)化,2002,24(26):8-9.

[6]孫賢安，吳光強(qiáng)，姜超等.人-車(chē)-路閉環(huán)系統(tǒng)中的雙離合器式自動(dòng)變速器車(chē)輛換擋規(guī)律[J].汽車(chē)技術(shù),2014,20(20):43-47.

Design of PID controller for closed-loop system based on PLC control

Dong Zonghui
（Shanxi University, Taiyuan City, Shanxi Province,030013）

In industrial production activities, we usually need to use the closed-loop control method to adjust the use of programmable logic controller (PLC) to the PID controller to send instructions, so that the temperature, pressure, flow and other continuous changes in the amount of simulation is effectively controlled. PLC control system is relatively easy to operate, is conducive to the industrial efficiency of machinery and equipment.

controller; closed-loop system; control module; test system