PDF《PLC 的PID 自整定技术研究与实现》

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2009 .

17 ( 8) Computer Measurement &

Control 控制技术 收稿日期 :2009202202 ;

修回日期 :2009203210 . 作者简介 :谢维(19712) ,男 ,教授级高工 ,主要从事电气自动化的 研发工作. 文章编号 :167124598(2009)

0821544204 中图分类号 : TP27315 文献标识码 :A PLC 的PID 自整定技术研究与实现 谢维(施耐德电气 (中国) 投资有限公司 , 北京 100016) 摘要 : 针对传统 PID 参数整定法的缺点和不足 , 将数字 PID 控制与 PLC 技术结合 , 提出了新的 PID 参数自整定设计方案 ;

通过人机 交互管理整个自整定过程 , 分析推导出关键参数 , 该方案有两种运行模式 , 即独立使用 (A T) 或与 PID 控制配合使用 (A T + PID) ;

对 方案的软硬件体系结构进行了详细介绍 , 并给出了加热炉控制系统电路图和软件编程变量列表 ;

实验结果表明 , 系统对加热炉的控制灵 敏,温度稳态误差较小 ;

该方案的适用性和有效性强 , 性能稳定 , 具有较好的工程应用前景. 关键词 : 可编程控制器 ;

数字比例积分微分控制 ;

自整定 ;

加热炉 Research and Implementation of PID Auto - tuning Technique of PLC Xie Wei (Schneider Electric (China) Investment Co. , Ltd. , Beijing

100016 , China) Abstract : As the shortcoming and insufficiency of conventional PID controller , combining digital PID control with PLC approaches , a new PID auto - tuning design method is proposed. Through human - machine interface , the whole process of auto - tuning is managed , and typical design parameters are also analyzed and determined. The method provides two kinds of operation mode , A T and A T + PID. The soft2 ware and hardware architecture are introduced in detail. The results of experiments indicate the system can control the heating furnace sensi2 tively , and the temperature steady error is very small. The method is applicable and efficient , and its performance is steady ;

therefore , it possesses better prospect in engineering applications. Key words : PLC;

digital PID control ;

auto - tuning ;

heating furnace

0 引言 在工业过程中

95 %的控制采用 PID 控制器[1 ] , 近年来 PLC 中普遍集成了数字 PID 控制.常规 PID 参数整定法如 Z - N 法需要丰富的经验 , 既耗时又费力 , 加之实际系统的滞后和 非线性等增加了难度 , 如果初始参数选择不当 , 可能出现大的 超调 , 甚至使系统不稳定.PID 自整定 , 是在对象参数辨识和 特征辨识的基础上按照一定的寻优规律或整定规则 , 对控制参 数进行自动整定.一般要求自整定操作对工况影响小 , 整定时 间短 , 且自整定环节在工况变化时可自动启动. 本文结合工业加热炉过程 , 分析了施耐德 Twido 系列 PLC 的自整定原理 , 研究了对于回路温度控制的硬件设计、 软件结构及参数组态 , 并通过工程实例实现了 PLC 在PID 自 整定方面的优越性和理想的控制效果.

1 PID 自整定原理与过程

111 PID 自整定工作原理 如图

1 所示 , 设定点来自控制器内部变量或 TwidoSuite 编程组态软件动态数据表的数据 ;

测量值来自过程传感器 (模 拟量、编码器) ;

执行 PID 控制算法发送适合通过离散量 (PWM) 输出或模拟量输出驱动的执行器特性的指令.PLC 的数字 PID 控制律 u( n) = Kp ・ ε ( n) + Ts Ti ∑ n j =0 ε ( j) + Td Ts [ ε ( n) - ε ( n - 1) ] , 采用比例、积分和微分三部分串并联 , 可单独激活或取消.通 过引入扰动量可实现前馈 - 反馈复杂控制 , 具有积分初始化、 手自动无扰切换、输出限幅、防止积分饱和等一系列功能.正 是由于如此多的优点 , 它在液位、流量、压力控制中都能取得 满意效果 , 但温度控制效果不理想 , 具体表现为温度波动范围 图1数字 PID 控制原理框图 大、调节时间长和参数整定困难.这是由于温度控制对象普遍 存在纯时间滞后 , 如热交换器中 , 被控量是被加热物料的出口 温度 , 而控制量是载热介质 , 当改变载热介质流量后 , 对物料 出口温度的影响要滞后介质经管道所需的时间.用纯滞后时间 τ与时间常数 T 的比值τ / T 来衡量滞后的大小 , τ / T <