基于PLC的溫度PID控制的研究與設計

許傳遠　王東瑞　蔡宇　楊化鵬　滿煊旭

摘 要：本文以熱敏電阻的發熱溫度為研究對象，結合PID閉環控制原理，以S7-200smart PLC為控制工具，通過設計PLC的外圍接線電路及模擬量控制程序，實現了對熱敏電阻的溫度控制。

關鍵詞：PLC；PID；溫度控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.138

1 引言

溫度、壓力、流量、液位等模擬信號變化量是工業生產中常見的重要參數，特別是溫度的變化常與許多物理變化和化學變化等過程息息相關，因此對溫度的控制在化工、冶金、機械加工等方面有著十分重要的作用。

傳統的溫度控制多由繼電器控制來實現，但是繼電器的觸點使用壽命短，故障率高，無法滿足現代控制的要求，而采用可編程序控制器（PLC）實現溫度控制目前是公認的最佳選擇。可編程序控制器是一種工業控制計算機，是集計算機、自動控制技術和通信技術為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強，價格便宜，可靠性強，編程簡單等特點，在工業領域中被廣泛地使用。特別隨著PLC技術的不斷發展，功能的不斷擴充，大多數PLC都具有了PID控制功能，對溫度、壓力等模擬信號的控制十分靈活方便。

PID控制為比例、積分、微分控制，又稱PID調節，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一，將PLC與PID算法控制結合起來，對溫度控制將會十分高效與方便。

2 設計方案

2.1 總體思路

（1）如圖1所示，系統控制熱敏電阻PT100發熱溫度在0-100度以內，將溫度變送器的信號與PLC模擬量模塊輸入端連接，從溫度變送器端采集物體溫度信號。

（2）模擬量模塊輸入端將溫度變送端采集的物體溫度信號作為過程變量，與設定程序進行比較，經程序PID運算后，由PLC模擬量輸出端輸出控制信號至驅動端控制加熱器。

（3）根據模擬量輸出端輸出加熱信號的大小，對受熱體進行加熱，加熱后的溫度再通過溫度變送器送到PLC模擬輸入端，形成閉環控制，當采樣溫度與設定溫度相等時PID計算結果為0，熱敏電阻溫度不再繼續增加控制結束。

2.2 PLC的選擇

PLC型號的選擇需要依據PLC的輸入輸出（I/O）點數、模擬信號輸入輸出情況，存儲器容量及各項控制功能是否符合控制系統的需要來進行選擇。西門子公司的S7-200 smart系列PLC無論從功能或性價比方面都十分優越，特別是對模擬信號的控制方便靈活，由于本設計中需一路模擬信號輸入和一路模擬信號輸出，所以設計中可選用S7-200 smart PLC來實現，設計中可選用CPU SR30主機模塊加EM AM03模擬信號擴展模塊來實現。

3 硬件連接設計

硬件連接設計如圖2所示，采用PLC主機模塊CPU SR30串接模擬量混合擴展模塊EM AM03實現，對主機模塊采用24V直流供電，溫度變送信號接入EM AM03輸入信號端，模擬輸出信號接到驅動模塊。

4 控制程序設計

硬件連接結束后，需編寫PLC梯形圖控制程序，來實現溫度控制。程序編寫時，首先在子程序中設置PID控制回路參數表內容，具體設置如表1所示，之后建立中斷程序，通過程序中的數據轉換及PID計算處理，最終產生輸出信號進行控制，程序設計流程如圖3所示。

程序編寫完成后，經實際調試與控制要求相符后，即可完成溫度控制，也可與HMI設備連接，進行實時信息監控。

5 結束語

溫度、壓力、液位等模擬信號的控制在自動化控制系統中有著越來越廣泛的應用，隨著全球經濟的快速發展，自動化控制程度越來越高，利用PLC對模擬信號控制將在各行各業中發揮出重要作用。而PID控制方法的強大控制功能與PLC相結合后使控制更加靈活和方便，其不僅可以實現快速精確控制，也可提高自動化生產效率，具有優越的發展前景。

參考文獻：

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