PLC模拟量控制:温度传感器与PID调节完全指南

[复制链接]
查看55513 | 回复0 | 2025-2-4 21:08:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
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?
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册哦

本版积分规则