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PLC模拟量控制:温度传感器与PID调节完全指南 ...
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PLC模拟量控制:温度传感器与PID调节完全指南
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55513
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2025-2-4 21:08:17
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一、基础知识
1. 模拟量信号类型
电流信号:4-20mA(最常用)
电压信号:0-10V、0-5V
热电偶:K型、J型等
热电阻:PT100、PT1000
2. 信号转换关系
4mA = 量程起点(如0℃)
20mA = 量程终点(如100℃)
转换公式:温度 = (测量值 - 4mA) × 量程 ÷ 16mA
3. PID控制原理
比例(P):误差的即时纠正
积分(I):消除稳态误差
微分(D):抑制超调和振荡
二、硬件配置
1. 输入配置
AI0 - 温度传感器信号(4-20mA)
AI1 - 备用测量通道
X0 - 自动/手动切换
X1 - 启动按钮
X2 - 停止按钮
2. 输出配置
AQ0 - 控制输出(4-20mA)
Y0 - 加热器控制
Y1 - 运行指示
Y2 - 报警输出
3. 接线示意
温度传感器 --→ 变送器 --→ PLC模拟量输入
PLC模拟量输出 --→ 执行机构(如调节阀)
三、PLC程序实现
1. 模拟量读取与转换
【西门子S7-300】
CALL FC105 // 模拟量读取
IN :=PIW256 // 输入地址
HI_LIM :=27648 // 上限
LO_LIM :=0 // 下限
OUT :=MD10 // 实际值
// 温度值转换
L MD10
L 1.0e2 // 量程100℃
*R
L 2.7648e4 // 满量程数值
/R
T MD20 // 实际温度值
2. PID控制实现
【西门子S7-300】
CALL FB41 // PID控制器
COM_RST :=M0.0 // 重启复位
MAN_ON :=M0.1 // 手动模式
PV_IN :=MD20 // 过程值(实际温度)
SP_INT :=MD30 // 设定值
PV_PER :=FALSE // 外设输入
MAN :=MD40 // 手动值
GAIN :=2.0 // 比例系数
TI :=20.0 // 积分时间
TD :=10.0 // 微分时间
LMN :=MD50 // 输出值
3. 报警控制
// 温度上限报警
L MD20 // 实际温度
L 90.0 // 报警值
>R
= M10.0 // 报警标志
// 传感器故障报警
L MD10 // 模拟量输入值
L 0.0
<=R
O
L MD10
L 27648.0
>=R
= M10.1 // 故障标志
4. 完整控制程序结构
OB1 // 主循环程序
|-- 模拟量读取(FC105)
|-- 数据转换(FC106)
|-- PID控制(FB41)
|-- 报警处理
|-- 输出控制
OB35 // 循环中断(100ms)
|-- PID运算
|-- 数据记录
DB1 // 参数数据块
|-- PID参数
|-- 报警限值
|-- 运行参数
四、PID参数整定
1. 参数含义
Kp:比例系数(0.5-2.0)
Ti:积分时间(10-30s)
Td:微分时间(5-15s)
2. 整定方法
【齐格勒-尼科尔斯法】
1. 仅使用比例控制,增大Kp直到出现持续振荡
2. 记录临界比例系数Ku和振荡周期Tu
3. 计算PID参数:
Kp = 0.6Ku
Ti = 0.5Tu
Td = 0.125Tu
3. 参数调优要点
P太大:响应快但易振荡I太小:消除静差慢D太大:对干扰敏感先调P,后调I,最后调D
五、实用功能实现
1. 自整定功能
// 自动整定启动条件
U M0.0 // 自整定请求
UN M0.1 // 非运行状态
= M1.0 // 启动自整定
// 自整定程序调用
CALL FB50 // 自整定功能块
START :=M1.0
PHASE :=MW10 // 整定阶段
PAR :=DB10 // 参数块
2. 斜坡控制
// 温度上升斜坡
L MD100 // 目标设定值
L MD102 // 当前设定值
L 0.1 // 斜率(℃/s)
*R
+R
T MD102 // 新设定值
3. 数据记录
// 循环记录温度数据
CALL FB100 // 数据记录块
ENABLE :=TRUE
VALUE :=MD20 // 温度值
DB_NO :=20 // 数据块号
OFFSET :=MW200 // 偏移地址
六、调试与优化
1. 调试步骤
信号校验手动控制测试单回路PID调试联调运行测试
2. 信号校验方法
// 模拟量输入校验
1. 0%信号 = 4mA = 0℃
2. 50%信号 = 12mA = 50℃
3. 100%信号 = 20mA = 100℃
3. 性能优化
滤波处理死区设置限幅保护平滑输出
七、常见问题解决
1. 测量波动
// 数字滤波
L MD20 // 新测量值
L MD22 // 上次值
L 0.8 // 滤波系数
*R
L MD20
L 0.2
*R
+R
T MD22 // 滤波后值
2. 控制超调
降低比例系数增加微分时间使用死区控制
3. 稳态误差
检查积分时间验证传感器精度消除机械间隙
八、运行维护
1. 日常检查
信号稳定性控制精度传感器状态执行机构反应
2. 定期维护
传感器校准PID参数优化数据备份系统测试
3. 故障记录
// 故障记录程序
CALL FB200 // 故障记录块
TRIG :=M10.0 // 故障触发
CODE :=MW300 // 故障代码
TIME :=TD10 // 时间戳
总结与建议
实施要点
合理选择传感器正确配置信号范围科学整定PID参数完善保护功能
优化方向
自适应控制智能报警远程监控数据分析
互动话题:
你在PID调节中遇到过哪些典型问题?有什么独特的参数整定经验?
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