简易PID调节在氧枪控制系统中的应用

文章主要介绍一种简易、方便、实用的PID算法，应用于电弧炉氧枪的控制系统，使氧枪的氧气调节阀根据设定的氧气流量来调节，PID算法通过西门子S7-300PLC来实现。

标签：PID；调节；PLC；氧枪；流量

为满足电弧炉的炼钢工艺，我厂配备了一套氧枪吹氧系统，氧气的流量通过比例阀开度的大小来控制，控制方法是根据设定的氧气流量和反馈的实际流量进行PID运算，输出模拟量信号控制比例阀的开度，使实际流量稳定在设定流量附近。

在S7-300的程序管理器中，编写程序块来实现上述公式的算法，首先新建一个功能块FC1，在FC1的接口（Interface）定义各参数，如图2，其中输入（IN）参数5个，均为REAL型；输出参数OUT为整型（INT），是将计算结果直接量化为0～27648，通过PLC的AO模块通道输出一个4～20mA信号到比例阀；TEMP参数3个，均为REAL型。

这样就完成了一个简易PID算法在S7-300中程序功能块FC1的编写。

功能块编写完成后，可以在OB1里调用它，但必须要设置调用的频率，这里暂定每0.2秒调用一次，并给FC1功能块的各管脚赋值，如图4。

DB1.DBD0是氧枪流量计信号经过PLC量化处理后得到的结果，其值必须量化在0和1之间；DB1.DBD4是设定的氧气流量值，可在上位机画面上输入传至PLC，同样其值也必须量化在0和1之间；PQW256为PLC的AO模块的地址，通过模块的通道输出4～20mA信号到比例阀，驱动比例阀打开至相应的开度；比例阀的开度可以在程序里用QW256除以27648再乘以100获得。uP、uI、uD三个参数按照调试的经验应设定成3：1：2的关系，根据现场调试的情况可改变参数的大小，最终可确定最佳的系数。

西门子S7-400（300）PLC作为成熟的控制系统，已广泛用于我国钢铁行业，此氧枪控制系统就是在西门子S7-300PLC的框架上，实现简易PID算法的系统，氧氣流量波动范围基本稳定在设定值的0.8%以内，完全满足电弧炉的吹氧工艺。

参考文献

[1]中国自动化学会电气自动化专业委员会.PLC、WINCC应用技术[Z].

[2]崔坚.西门子S7可编程序控制器-STEP7编程指南[M].机械工业出版社.