MEASUREX 05416000在工業(yè)生產(chǎn)中，常需要用閉環(huán)控制方式來實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量控制。無論使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制都得到了廣泛的應(yīng)用。

    MEASUREX 05416000控制器是比例－積分－微分控制的簡稱，具有
    (1) 不需要精確的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;)
    (2) 有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性;
    (3) 結(jié)構(gòu)典型、程序設(shè)計(jì)簡單，工程上易于實(shí)現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。積分控制可以消除系統(tǒng)的靜差，微分控制可以改善系統(tǒng)的動態(tài)相應(yīng)速度，比例、積分、微分三者有效地結(jié)合可以滿足不同的控制要求。

2  MEASUREX 05416000PLC實(shí)現(xiàn)PID的控制方式
2.1  PID過程控制模塊

    這種模塊的PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)序要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一個(gè)模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。
2.2  PID功能指令
    現(xiàn)在很多PLC都有供PID控制用的功能指令，如S7-200的PID指令。它們實(shí)際上是用于PID控制的子程序，與模擬量輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用PID過程控制模塊的效果。
2.3  用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制
    有的PLC沒有PID過程控制模塊和PID控制用的功能指令，有時(shí)雖然可以使用PID控制指令，但是希望采用某種改進(jìn)的PID控制算法。在上述情況下都需要用戶自己編制PID控制程序。

3  PLC-PID控制器的實(shí)現(xiàn)
    本文以西門子S7-200PLC為例，說明PID控制的原理及PLC的PID功能指令的使用及控制功能的實(shí)現(xiàn)。

3.1  PID控制器的數(shù)字化
    MEASUREX 05416000PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。
在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1中sp(t)是給定值，pv(t)是反饋量，c(t)是系統(tǒng)的輸出量，PID控制的輸入輸出關(guān)系式為:

    式中:
    M(t)—控制器的輸出量，M0為輸出的初始值;
    e(t)=sp(t)-pv(t)－誤差信號;
    KC比例系數(shù);
    TI－積分時(shí)間常數(shù);
    TD－微分時(shí)間常數(shù)。 

圖1     MEASUREX 05416000連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖

    式(1)的右邊前3項(xiàng)分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差，誤差的積分和微分成正比。如果取其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以組成P、PD或PI控制器。
假設(shè)采樣周期為TS，系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)刻為t＝0，用矩形積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將公式1離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出為:      (2)

    式中:

    en-1－第n-1次采樣時(shí)的誤差值;
    KI－積分系數(shù);
    KD－微分系數(shù)。
    基于MEASUREX 05416000PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示。圖中的虛線部分在PLC內(nèi)。其中spn、pvn、en、Mn分別為模擬量在sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)在第n次采樣時(shí)的數(shù)字量。  

圖2     MEASUREX 05416000PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 

    在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過設(shè)置參數(shù)可對回路進(jìn)行控制類型進(jìn)行選擇。

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