基于PLC的温度PID控制
基于PLC的温度PID-模糊控制系统设计与仿真
实现对温度 的控制 ， 并且使其算法在 Ｐ Ｃ中通过软件 Ｌ
来实现 。
１ 控 制器 的设计
１ １ 总 体设 计 方 案 ． ．
Байду номын сангаас
对于温度控制系统 ， 由于受控系统对控制量 的作 用反应较慢 ， 工程上通常使用一阶惯性时滞模 型作 为 其系统模型 。由于实际生产过程给定值假设为 ， 在
２ｌ ０ １年 ６月
农 机 化 研 究
第 ６期
基 于 Ｐ Ｃ 的 温 度 Ｐ 一模 糊 控 制 系 统 设 计 与 仿 真 ｋ Ｉ Ｄ
陈水生 ，孟庆髫
（ ． 江康 恩 贝制 药 股 份 有 限公 司 ，浙 江 兰溪 ３ １ ０ １浙 ２ ９；２石 河 子 大学 机 械 电气 工程 学 院 ，新 疆 石 河 子 １ 摘 ８２０ ３ ０ ０）
收稿 日期 ：２ １ ０ ０—０ ８—１ ７
通常在语 言变量 的论 域上将 其划 分为有 限 的 几档 ， 可将 Ｅ，Ｃ和 划分为负大 、 Ｅ 负中、 负小 、 、 零 正 小 、 中和正 大 ， 用 简化 表示 为 ｛ Ｂ Ｎ Ｎ ， Ｅ 正 使 Ｎ ， Ｍ， Ｓ Ｚ ，
Ｐ ，Ｍ，Ｂ｝ 因此 ， ＳＰ Ｐ 。 一般 情 况 下 输 入 变 量 取 ７个 量 化
等级即可满足控制精度 。若选择较多 的档 ， 即对每一 个变量用 较 多 的状态 来描 述 ， 定规 则 时就 比较 灵 制 活 ， 则也 比较 细致 ， 相 应 的规则便 多 了 ， 规 但 变复 杂 了， 编制程序就 比较 困难 ， 占用的 内存储器容量较 多；
基金项 目 ：国家 自然科 学基金项 目（ ０ ６ ０ ２ ６６４ ０ ）
基于PLC的温度控制系统的设计
1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的。
近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容主要是利用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运行指示灯监控实时控制系统的运行，实时显示当前温度值。
1.3 设计目标通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。
培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。
S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。
S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。
它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。
基于PLC的温度PID_模糊控制系统设计与仿真
第 6期
图 3 主程序软件设计流程图 Fig. 3 The m ain program sof tw are flow ch art
图 4 主程序选择控制梯形 F ig. 4 Th em ain p rogram con trol ladder d iagram
2. 2 模糊控制程序 此程序段为查模糊控制表程序设计, 根据模糊控
由模糊规则进行推理可以得出模糊控制器语言规 则的输入 输 出关 系, 其关 系 是一 个非 线性 的关 系曲 面。当偏差较大时, 控制量的变化应尽力使偏差迅速 减小; 当偏差较小时, 除了要消除偏差外, 还要考虑系 统的稳定性, 防止系统出现过冲, 甚至引起系统振荡。 由隶属度函数及规则表, 使用 M amdan i推理方法和面 积重心法进 行清晰 化, 可以得 到控 制查 询表, 见 表 2
=
KP [ e( t)
+
1 Ti
t
0 e( t) dt + T D
d
e( t dt
)
]
在 PLC 软件内部有专门的 P ID 编程指令, 因此此
部分控制在软件中直接实现。
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2011年 6月
农 机化 研 究
2 系统的软件实现与仿真
2. 1 系统主程序 将传感器采集到的信号与设定 值比较, 在远大于
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第 6期
基 于 PLC 的 温 度 P I D - 模 糊 控 制 系 统 设 计 与 仿 真
陈水生1 , 孟庆建2
( 1. 浙江 康 恩 贝 制药 股 份 有 限公 司 , 浙 江 兰 溪 3 21109; 2 石河 子 大 学 机械 电 气 工 程学 院 , 新 疆 石 河 子 83 2000 )
基于PLC的恒温控制系统
基于PLC的恒温控制系统本科生毕业论文（设计）题目：基于PLC的恒温控制系统院系：专业：学生姓名：学号：指导教师：二〇一四年五月摘要在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，要对生产过程中的各种物理量进行详细的检测和控制。
这在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
其中温度控制又以其较为复杂的工艺过程而备受人们关注。
所以各种加热炉、热处理炉、反应炉等得到了广泛应用。
这些都对温度控制系统的设计提出了更高的要求。
本设计采用S7-200PLC对加热炉温度进行控制。
随着自动控制技术的迅速发展，PLC对温度的控制技术应用越来越广泛。
本文采用PLC对温度进行控制，通过合理的设计，提高温度控制水平，进而改善温度运行的稳定性，使其更加精确。
本文主要介绍了温度控制的PLC控制系统总体方案设计、设计过程、组成、梯形图，并给出了系统组成框图，分析流量逻辑关系，提出PLC的编程方法。
本系统分析了加热炉温度控制的PID控制原理，设计了系统的数学控制模型以及系统控制框图，用组态王软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行实时监控。
通过对单回路控制系统的参数整定以及组态王的PID控制程序，实现了加热炉温度的精确控制。
通过对PLC程序的仿真调试以及对组态的系统仿真，验证了本加热炉温度控制系统的设计合理性，系统动态响应符合了最初的设计要求，也具有一定的实用价值。
关键词：温度控制，可编程控制器，PID，组态王目录第一章前言 01.1恒温控制的现状与意义 01.2系统设计要求 (1)1.3设计主要内容 (2)第二章恒温控制系统硬件设计 (4)2.1总体分析 (4)2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (5)2.2.1PLC控制系统设计的基本原则 (5)2.2.2PLC控制系统设计的一般步骤 (6)2.3PLC的选型与硬件配置 (7)2.3.1PLC型号的选择 (7)2.3.2S7-200 CPU的选择 (8)2.3.3EM231模拟量输入模块 (8)2.3.4热电偶温度传感器 (10)2.4I/O地址分配及电气连接图 (11)2.5PLC硬件接线图 (12)第三章PLC控制系统软件设计 (14)3.1PLC程序设计方法 (14)3.2编程软件STEP7--M ICRO/WIN概述 (15)3.2.1STEP7-Micro/WIN简单介绍 (15)3.2.2STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置） (16)3.3基于S7200的PID控制 (18)3.3.1控制系统数学模型的建立 (18)3.3.2P ID在PLC中的回路指令 (19)3.4内存地址分配与PID指令回路表 (20)3.5程序设计梯形图 (23)3.5.1初次上电 (23)3.5.2启动/停止阶段 (24)3.5.3子程序0 (25)3.5.4中断程序、PID的计算 (26)第四章基于组态软件恒温监控系统设计 (28)4.1组态王软件介绍 (28)4.2组态软件开发过程 (29)4.2.1工程整体规划 (29)4.2.2工程建立 (29)4.2.3构造数据词典 (30)4.2.4组态用户窗口 (32)4.2.5组态王设备连接 (32)4.2.6组态王画面制作与动连接 (33)4.2.7PID控制脚本编写 (34)第五章系统运行结果及分析 (37)5.1PLC控制系统仿真测试 (37)5.2控制系统PID控制性能验证 (40)第六章总结 (43)参考文献 (44)致谢 (45)第一章前言1.1恒温控制的现状与意义温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
基于plc温度控制系统的设计论文
基于plc温度控制系统的设计论文摘要：本设计论文基于PLC温度控制系统，旨在设计一个可靠、稳定、高效、精确的温度控制系统，应用于实际工业生产中。
通过研究传感器、执行器、控制器等硬件设备的特性和功能，并结合PID控制算法和PLC编程技术，实现对温度的自动控制和实时监测。
关键词：PLC、温度控制系统、PID控制、编程技术Abstract:This design paper is based on the PLC temperature control system with the aim of designing a reliable, stable, efficient, precise temperature control system that can be applied in industrial production. Through research of the characteristics and functions of hardware equipment such as sensors, actuators, and controllers, combined with PID control algorithms and PLC programming technology, we will achieve automatic control and real-time monitoring of temperature.Keywords: PLC, temperature control system, PID control, programming technology一、引言随着科技和工业的进步，现代化工业生产中需要用到大量的自动化控制系统来实现对生产过程的智能控制，提高生产效率和品质，还能有效地降低生产成本。
其中，温度控制系统是工业生产中最常用的自动化控制系统之一。
基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制
基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制陶 权，谢 彤（广西工业职业技术学院，广西 南宁 ５３０００３）摘 要：本文介绍了用Ｓ７－２００实现过程控制系统实验装置中锅炉夹套的温度模糊控制设计思想，对模糊ＰＩＤ控制的结构、模糊ＰＩＤ控制器的设计、模糊ＰＩＤ控制的ＰＬＣ实现进行了分析，文中详细介绍了模糊控制器程序的编写方法，结果表明，用ＰＬＣ 实现的模糊控制器简单实用。
关键词：过程控制系统实验装置；模糊ＰＩＤ；ＰＬＣ中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１０）１０－００２２－０５T emperature Fuzzy PID Control in the Process ControlExperimental Device Based on PLCTAO Quan, XIE Tong( Guangxi V ocational & Technical Institute of Industry, Nanning 530003 China )Abstract: This article describes design concept of realizing temperature fuzzy control for boiler jackets in the process control system experimental device by using S7-200, in which the structure of fuzzy PID control, fuzzy PID controller designing and PLC implementation of fuzzy PID control are analyzed,and the fuzzy controller programming is also introduced in detail. Results show that the fuzzy controllers consist of PLC are both simple and practical.Key words: process control system experimental device; Fuzzy-PID; PLC１ 引言本校自动化实验室采用的“ＴＨＪ－３型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象系统，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。
基于PLC的温度控制系统的设计
1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类平常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合，及时准确获得目的的温度、湿度信息是十分重要的。
近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，可以在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容重要是运用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运营指示灯监控实时控制系统的运营，实时显示当前温度值。
1.3 设计目的通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完毕工程项目中所应具有的基本素质和规定。
培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，合用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运营中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。
S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中涉及定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。
S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。
它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。
基于PLC的温度控制系统设计与实现
基于PLC的温度控制系统设计与实现作者：单素素来源：《科学与财富》2019年第03期摘要：针对锅炉温控系统响应慢、精度低的问题，文章基于PLC结合传统的PID控制，进一步引入模糊控制算法实现系统的总体设计。
通过MATLAB仿真验证了系统具有较高的控制精度及抗干扰性。
关键词：温控系统；PID控制；模糊控制算法1 引言随着传感器技术和控制算法的发展，温度控制要求更高的精度和响应速度。
温度控制广泛应用于各工业生产过程，通常采用PID控制方法，针对不同的控制对象选择不同的PID参数。
模糊PID控制是一种模仿人类思维和经验的控制算法，稳定性高，且可应用于不同的控制对象。
PLC控制与模糊控制算法的结合，是工业控制领域的研究热点之一[1]。
2 系统设计2.1系统硬件该系统由四个模块组成，即采集模块，控制模块，显示模块和执行模块。
采集模块包含PT100温度传感器和变送器，温度传感器采集被测体的温度，转换成电信号，通过变送器将电信号转换成4～20mA标准电流信号。
然后由PLC扩展模块EM235提供的模拟输入通道传给PLC，经PLC运算处理后，将控制量发送给加热及冷却装置来调节温度，同时通过PLC的文本显示屏来显示实时温度值。
2.2系统软件软件部分基于S7-200 PLC平台编写程序，采用模糊PID算法进行温度控制，并在MATLAB平台上仿真实现。
3 模糊PID控制算法CPU根据系统偏差（偏差=给定值-反馈值）和偏差变化率（偏差率=当前周期偏差-上周期偏差）查询相应的模糊控制表，得到Kp、Ki和Kd的设定值，然后进行PID控制。
模糊控制规则的形成来自操作员或专家的经验，他们将知识和经验的控制转化为控制决策表。
这些规则可以用自然语言表达，通常只能形式化。
模糊控制器用于模糊控制过程，系统偏差及偏差变化率作为模糊控制器的输入。
该方法不仅可以保证系统的稳定性，还可以减少过冲和振荡现象。
PID控制对于线性时不变系统的控制是非常有效的，但对于非线性时变复杂系统来说控制效果不佳[2]。
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基于PLC 的温度PID 控制
一、PID 算法
在工业生产过程控制中，模拟量PID （由比例、积分、微分构成的闭合回路）调节是常用的一种控制方法。
运行PID 控制指令，S7-200将根据参数表中的输入测量值、控制设定值即PID 参数，进行PID 运算，求得输出控制值。
典型的PID 算法包括三项：比例项、积分项和微分项，即：输出=比例项+积分项+微分项
计算机在周期性地采样并离散化后进行PID 运算，算法如下：
++s d n c n n c n n X c n n i s
T T
M K SP PV K SP PV M K SP PV T T =⨯-⨯
⨯-+⨯⨯-（）（）（）
c n n K SP PV ⨯-比例项：（）
s
c n n X i
T K SP PV M T ⨯
⨯-+积分项：（） d
c n n s
T K SP PV T ⨯
⨯-微分项：（）
二、PID 控制回路选项
常用的控制回路有PI 、PID 。
（1）如果不需要积分回路（即在PID 运算中无“I ”），则应将积分时间Ti 设为无限大。
由于积分项Mx 的初始值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。
（积分时间与积分效果成反比关系）
（2）如果不需要微分运算（即在PID 运算中无“D ”），则应将微分时间Td 设定为0.0。
（微分时间与微分效果成正比关系）
注：PID 参数设定的原则：先设比例放大系数（比例放大系数越大，回路的调节速度越快，但是比例放大系数过大，也会造成系统不稳定，产生振荡，所以要找一个合适的比例放大系数）；再设
积分时间（用来消除余差）
三、回路输入量的转换和标准化
在PLC进行PID控制前，必须将其转换成标准浮点表示法。
（1）将回路输入量数值从16位整数转换成32为浮点数或实数。
下列指令说明如何将整数数值转换成实数。
ITD AIW0, AC0 //将输入数值转换成双字
DTR AC0, AC0 //将32位整数转换成实数（0~32000）
（2）将实数转换成0.0~1.0之间的标准化数值。
/R 32000.0, AC0 //使累加器中的数值标准化
+R 0.0, AC0 //加偏移量0
MOVR AC0, VD100 //将标准化数值写入PID回路参数表中
四、PID回路输出转换为成比例的整数
程序执行后，PID回路输出0.0~1.0之间的标准化实数数值，必须被转换成16位成比例整数数值，才能驱动模拟输出。
PID回路输出成比例实数数值=（PID回路输出标准化实数值-偏移量）×取值范围
MOVR VD108, AC0 //将PID回路输出送入AC0
*R 32000.0, AC0 //AC0的值乘以取值范围，变成成比例实数数值
ROUND AC0, AC0 //将实数四舍五入取整，变成32位整数
DTI AC0, AC0 //32为整数转换成16位整数
MOVW AC0, AQW0 //16位整数写入AQW0
五、PID指令
六、PID指令应用举例
在恒温箱内装有一个电加热元件和一个制冷风扇，电加热元件和制冷风扇的工作状态只有OFF和ON，即不能自行调节。
现要控制恒温箱的温度恒定，且能在25~100℃范围内可调，如图所示：
信号类型
I/O信号电压信号电流信号
模拟量输入×2 ±10V ——
模拟量输出×10~10V 0~20mA
PLC软元件分配如下：
Q1.0 控制接通加热器
Q1.1 控制接通制冷风扇
AIW0 接收温度传感器的温度检测值
控制方法：
对恒温箱进行恒温控制，要对温度值进行PID调节。
PID运算的结果去控制接通电加热器或制冷风扇，但由于电加热器或制冷风扇只能为OFF或ON，不能接受模拟量调节，故采用“占空比”的调节方法。
温度传感器检测到的温度值送入PLC后，诺经PID指令运算得到一个0~1的实数，把该实数按比例换算成一个0~100的整数，把该整数作为一个范围为0~10s的时间t，设计一个周期为10s的脉冲，脉冲宽度为t，把该脉冲加给电加热器或制冷风扇，即可控制温度。
符号表
符号地址符号地址
设定值VD204 微分时间VD224
回路增益VD212 控制量输出VD208
采样时间VD216 检测值VD200
积分时间VD220
PID指令编写：
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