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1、电炉的温度控制实验目的学习利用 PID指令编写程序。实验设备西门子 S7-200PLC一台， EM231模拟量输入模块一个， EM232 模拟输出模块一个， 0-5V 直流稳压电源一台， RS232数据线。实验功能有一台电炉要求炉温控制在一定得范围。电炉的工作原理如下：当设定电炉温度后， S7-200PLC经过 PID 运算后由模拟量输出模块EM232 输出一个电压信号送到控制板， 控制板根据电压信号 （弱点信号） 的大小控制电热丝加热电压（强电信号）的大小（甚至断开），温度传感器测量电炉的温度，温度信号经过控制板的处理后输入到模拟量输入模块EM231 ，再送到 S7-200PLC进行 PID
2、 运算，如此循环。在实验中没有温度传感器，由05V可变电压源代替反馈的温度值。整个系统的硬件配置如图所示：控制板EM232EM231CPU226220V电热丝温度传感器电炉图 1 硬件配置图实验原理1. PID 算法图 2 为 PID 的控制过程PID 控制器过程仿真过程变量输出VW100给定值 SPn输出 VW108图 2 PID 控制过程PID 控制器调节输出，保证偏差（e）为零，使系统达到稳定状态，偏差是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - -
3、 - - - - - - - 给定值（ SP ）和过程变量（ PV ）的差。 PID控制的原理基于以下公式：10*)(dtdeKMedtKeKtMcinitialcc（1-1）式中，M （t ）是 PID回路的输出；cK 是 PID回路的增益；e是 PID 回路的偏差（给定值与过程变量的差） ；initialM是 PID 回路输出的初始值。由于以上的算式是连续量，必须将以上的连续量离散化才能在计算机中运算，离散处理后算式如下：)(*11nnDinitialnxIncneeKMeKeKM（1-2）式中，)(tM是在采样时刻 n 时 PID回路的输出的计算值；cK 是 PID 回路的增益；IK 是
4、积分项的比例常数；DK是微分项的比例常数；ne 是采样时刻 n 的回路的偏差值；1ne是采样时刻 n-1 的回路的偏差值；xe 是采样时刻 x 的回路的偏差值；initialM是 PID回路输出的初始值。在对以上算式进行改进和简化，得到如下计算PID 输出的算式：nnnnMDMIMPM（1-3）式中，nM 是第采样时刻的计算值；nMP是第 n 时刻的比例项值；nMI 是第 n采样时刻的积分项的值；nMD 是第 n 采样时刻微分项的值。2. PID 指令介绍PID回路（ PID）指令，当使能有效时，根据表格（TBL ）中的输入和配置信息对引用 LOOP 执行 PID 回路计算。 PID指令的格式
5、见下表表 1 PID 指令格式LAD 输入 / 输出含义数据类型EN 使能BOOL TBL 参数表的起始地址BYTE LOOP 回路号，常数范围07BYTE PID 指令的使用注意事项：（1）程序中最多可以使用8 条 PID 指令回，回路号为07，不能重复使用。（2）PID 指令不对参数表输入值进行范围检查。必须保证过程变量、给定值积分项前值和过程变量前值在0.00.1 之间。（3）使 EN0=0的错误条件： 0006（简介地址），SM1.1 （溢出，参数表起始地址或指令中指定的PID 回路指令号操作数超出范围） 。在工业生产过程中，模拟信号PID（由比例、积分和微分构成的闭合回路）调节是常见
6、的控制方法。运行PID控制指令， S7-200PLC将根据参数表中输入测量值、控制设定值及PID 参数，进行 PID运算，求的输出控制值。参数表中有9个参数，全部是 32位的实数， 共占用 36 个字节。PID控制回路的参数表见表2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 表 2 PID 控制回路参数表偏移地址参数数据格式参数类型描述0 过程变量PVn REAL 输入 /输出必须在 0.00.1 之间4 给定值 SPn
7、REAL 输入必须在 0.00.1 之间8 输出值 Mn REAL 输入必须在 0.00.1 之间12 增益 Kc REAL 输入增益是比例常数，可正可负16 采样时间 Ts REAL 输入单位为秒，必须是正数20 积分时间 Ti REAL 输入单位为分钟，必须是正数24 微分时间 Td REAL 输入单位为分钟，必须是正数28 上一次积分值Mx REAL 输入必须在 0.00.1 之间32 上一次过程变量PVn-1 REAL 输入最后一次PID 运算过程变量值3679 保留自整定变量程序的编写1）编写程序前，先要填写PID 指令的参数表，参数表见表3 表 3 电炉温度控制的PID 参数设置偏
8、移地址参数描述VD100 过程变量 PVn 温度经过A/D 转换后的标准化数据VD104 给定值 SPn 0.335（最高温度为1，调节到 0.335）VD108 输出值 Mn PID 回路输出值VD112 增益 Kc 0.15 VD116 采样时间 Ts 35 VD120 积分时间 TI30 VD124 微分时间 Td 0 VD128 上一次积分值Mx 根据 PID 运算结果更新VD132 上一次过程变量PVn-1 最后一次PID 运算过程变量值2）再编写 PLC 控制程序，程序如下图所示。(a)主程序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
9、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - （b）子程序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - （c）中断服务程序实验分析实验结果基本符合PID 控制过程，在编写程序的过程中首先要理解PID 的参数表各个参数的含义， 其次要理解数据类型的转换。 用以上的方法编写PID控制程序是可行的，但显然比较麻烦，我们还可以利用指令向导比较容易编写PID控制程序。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -