基于PLC的溫控系統研究

張洋

【摘 要】溫控系統在各個行業應用十分廣泛，隨著科學技術的不斷發展，人們對溫度控制系統的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統是國內外必然發展趨勢。PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應用于現代工業的自動控制之中。PID閉環控制是控制系統中應用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。本文通過對基于西門子PLC的溫控系統實例的研究，實現智能精細化的溫度控制。

【關鍵詞】溫度控制；PLC；PID

1.1 溫度控制系統的意義

溫度及濕度的測量和控制對人類日常生活、工業生產、氣象預報、物資倉儲等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時準確獲得目標的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測控領域發展迅速，并且隨著數字技術的發展，溫濕度的測控芯片也相應的登上歷史的舞臺，能夠在工業、農業等各領域中廣泛使用。

1.2 PLC

可編程控制器的英文名稱是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱PLC。

現代制造業必須對市場需求做出快速反應，生產小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品，這便要求生產設備和自動化生產線的控制系統必須具有極高可靠性和靈活性。可編程控制器正是順應這一潮流而出現的，以微處理器為基礎的通用工業控制裝置。

2.1 硬件配置

S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統構成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器等。

本論文采用的是CPU226。它具有24輸入/16輸出共40個數字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數字量I/O點或35 路模擬量I/O點。26K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統。

2.2 EM235模擬量輸入模塊

EM235模塊是組合強功率精密線性電流互感器、意法半導體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉換成按線性比例輸出的DC4～20mA（通過250Ω電阻轉換DC1～5V或通過500Ω電阻轉換DC2～10V）恒流環標準信號，連續輸送到接收裝置（計算機或顯示儀表）。

3.1 PID控制程序設計

模擬量閉環控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業領域的應用已經有60多年，現在依然廣泛地被應用。人們在應用的過程中積累了許多的經驗，PID的研究已經到達一個比較高的程度。

比例控制（P）是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。其特點是具有快速反應，控制及時，但不能消除余差。

在積分控制（I）中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點，不能快速對誤差進行有效的控制。

在微分控制（D）中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現，微分控制不能消除余差。

PID控制，P、I、D各有自己的長處和缺點，它們一起使用的時候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質量。

3.2 PLC中的回路指令

西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，見表3.2

表3.2 PID回路指令

使用方法：當EN端口執行條件存在時候，就可進行PID運算。指令的兩個操作數TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因為一個PID回路占用了32個字節，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路號，可以是0～7，不可以重復使用。

3.3 PID參數整定

PID參數整定方法就是確定調節器的比例系數P、積分時間Ti和和微分時間Td，改善系統的靜態和動態特性，使系統的過渡過程達到最為滿意的質量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應用最多的還是工程整定法：如經驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法。

經驗法又叫現場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據運行經驗，利用一組經驗參數，根據反應曲線的效果不斷地改變參數，對于溫度控制系統，工程上已經有大量的經驗。

4.總結

PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應用于現代工業的自動控制之中。PID閉環控制是控制系統中應用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。

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