PID流量控制
什么是PID控制
什么是PID控制 在调节系统中,其过程控制方式就是将被测量,如温度、压力、流量、成分、水位等,由传感器变换成统一的标准信号送入调节器,在调节器中,与给定值进行比较,然后把比较出的差值进行PID运算。所谓PID运算就是比例、积分、微分运算。P调节就是调节器的输出和输入成比例。调比例带,也就是调比例系数,比例带就是输出与输入之比(放大倍数)的倒数。I调节就是输出是输入量(即偏差)的积分,只要有偏差,调节器就会不断积分,使输送到执行器的信号变化,校正被控量,直到达到无偏差为止,所以有了积分调节器就会消除稳态偏差。但要注意单独的积分调节往往是不能 工作的。所谓整定积分时间就是调积分的快慢,这要取决于对象的特性。D调节就是微分调节,也就是输出对输入的微分。微分调节的优点在于它的超前性,当输入 发生变化时,马上就有微分信号产生,使被控量得以提前校正,然后再由P、I进行校正,这样可以使整个调节的过渡过程时间缩短,有利于调节质量的提高。PID调节应用最广,技术最成熟,控制结构简单,参数调整容易,是目前过程控制中使用广泛的调节方式。PID控制怎么调节?目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口。控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统,其传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器 (仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直
详解PID控制各环节
详解PID控制各环节
一、PID控制简介
PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高,被广泛应用于工业过程控制,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称P ID调节,它实际上是一种算法。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI 和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
从信号变换的角度而言,超前校正、滞后校正、滞后-超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。
PID调节器的适用范围:PID调节控制是一个传统控制方法,它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场,不同的现场,仅仅是PID参数应设置不同,只要参数设置得当均可以达到很好的效果。均可以达到0.1%,甚至更高的控制要求。
PID控制的不足
1. 在实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定,难以建立精确的数学模型,常规的PID控制器不能达到理想的控制效果;
PID控制的原理和特点
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志..同时;控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段..智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等..自动控制
系统可分为开环控制系统和闭环控制系统..一个控制系统包括控制器﹑
传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口..控制器的输出经过输出接
口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变
送器﹐通过输入接口送到控制器..不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器
﹑执行机构是不一样的..比如压力控制系统要采用压力传感器..电加热
控制系统的传感器是温度传感器..目前;PID控制及其控制器或智能PID控制器仪表已经很多;产品已在工程实际中得到了广泛的应用;有各种各样
的PID控制器产品;各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器intelligent regulator;其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现..有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器;能实现PID控制功能的可编程控制器PLC;还有可实现PID控制的PC系统等等.. 可编程控制器PLC是利用其闭环控制模块来实现PID控制;而可编程控制器PLC可以直接与ControlNet相连;如Rockwe ll的PLC-5等..还有可以实现PID 控制功能的控制器;如Rockwell 的Lo gix产品系列;它可以直接与ControlNet相连;利用网络来实现其远程控制功能..
1、开环控制系统
开环控制系统open-loop control system是指被控对象的输出被控制量对控制器controller的输出没有影响..在这种控制系统中;不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路..
PID控制器的参数整定(经验总结)
PID控制器的参数整定
(1)PID是比例,积分,微分的缩写.
比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大,则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,
对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
(2) PID具体调节方法
①方法一
确定控制器参数
数字PID控制器控制参数的选择,可按连续-时间PID参数整定方法进行。
在选择数字PID参数之前,首先应该确定控制器结构。对允许有静差(或稳态误差)的系统,可以适当选择P或PD控制器,使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统,应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说,PI、PID和P控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。
PID流量控制
PID流量控制
⼀种基于PLC的PID流量控制设计
在⼯业⽣产过程中对液体流量的⾼精度控制是不可少的.随着⼯业技术的不断发展,原有的控制⼿
段已经不能满⾜对液体流量⾼精度,⾼速度的控制需求.在实际⼯作中采⽤三级构成:上位机采⽤⼯业PC机,其⼯作稳定,抗⼲扰能⼒强,寿命长;PLC部分采⽤西门⼦的S7-300系列处理器;外加⼀块
FM355C专⽤PID控制模块进⾏数据模块进⾏数据采集和处理.上位机与PLC之间采⽤PROFIBUS 通讯协议.采⽤⼀款西门⼦的触摸屏与PLC联机⽤于现场操作[1].
1PLC控制系统设计
本系统由上位机,PLC,触摸屏,流量计,电动阀构
成,系统结构如图1所⽰.
1.1上位机由⼯业PC机构成,其组态软件采⽤国产
的MCGS6.0,对流量、阀位及其他各种参数进⾏显⽰和
控制.上位机与PLC采⽤PROFIBUS通讯协议,最⾼通
讯速率可达到1.5 Mb/s.
1.2 PLC控制器PLC控制器包括PS-200,2A电源,
CPU314,FM355C模块[2]. FM355C模块的接线端⼦表如表1.
4、5脚为反馈信号输⼊脚,与靶式流量计连接,对于两线制的流量计4、5引脚间还需接⼀个10K的负载电阻.8、9为模拟量输出脚,与电动调节阀相连.14、15及18、19脚为第⼆路PID的输⼊
与输出.
1.3传感器和动作机构流量采集采⽤数字靶式流量计,该种流量计采⽤累计计数的⼯作⽅式,1 s钟
累计1次,⼯作范围40~1 000 L/h,对⼤流量的采集较为精确.V型调节球阀利⽤球芯转动与阀座打开
相割打开⾯积(V形窗⼝)来调节介质流量,调节性能、⾃洁性能好,适⽤于⾼粘度、悬浮液、纸浆告⽰不
PID控制的概念
PID控制的概念:
所谓的控制首先分有反馈控制和无反馈控制,我们当然讨论的PID当然是有反馈控制了。所谓的有反馈控制无非是要根据被控量的情况参与运算来决定操纵量的大小或者方向,那么到底如何根据被控两来决定操纵量的大小呢,唉,这就有很多分类了,所谓的高级的控制方式也就是“高级”在这个节骨眼上,有什么“自适应控制、模糊控制、预测控制、神经网络控制、专家智能控制”等等(至于到底这些控制方式有什么优点,唉,我只用过PID,别的也说不清楚,去抄书的话也没有说服力,关键是也懒的去抄。那位老弟如果要作论文,可以在这里发挥一下,资料到处都是)。但是就目前而言,在工业控制领域尤其是控制系统的底层,PID控制算法仍然独霸鳌头,占领着80%左右的市场份额,当然,这里所说的PID控制算法不是侠义上的固定PID,现在不是讲究多学科融合吗?人们在PID控制规律中吸取了其他“高级”的控制规律的优点,出现了诸多的新颖的控制器如自校正PID、专家自适应PID、预估PID、模糊PID、神经网络PID、非线性PID等新型PID控制器。至于所谓的变种的PID算法如什么“遇限削弱微分”微分先行,积分分离“bangbang+PID”等等,已经不算是什么高级的控制方式了作控制器的厂商大多都会或多等等或少的采取一些,至于是神经网络PID,模糊PID,自适应PID是如何实现的,我所知道的就是利用对应的控制算法,适时的调节PID的参数。还是举个例子吧。传统PID的算法公式是:
⊿U(n)=Kp[e(n)-e(n-1)]+Kie(n)+Kd[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]
pid控制方法
尽管不同类型的控制器,其结构、原理各不相同,但是基本控制规律只有三个:比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律可以单独使用,但是更多场合是组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。
比例(P)控制
单独的比例控制也称“有差控制”,输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系,偏差越大输出越大。实际应用中,比例度的大小应视具体情况而定,比例度太小,控制作用太弱,不利于系统克服扰动,余差太大,控制质量差,也没有什么控制作用;比例度太大,控制作用太强,容易导致系统的稳定性变差,引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象,为提高系统的稳定性,应当使比例度稍小些;而对于反应迟钝,放大能力又较弱的被控对象,比例度可选大一些,以提高整个系统的灵敏度,也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大,滞后较小,负荷变化小,要求不高,允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PI)控制
比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种,其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生,控制器立即产生控制作用。但是,不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关,而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在,输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小),一直到偏差为零,累积才会停止。所以,积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。
pid参数调节口诀
pid参数调节口诀
1. PID常用口诀: 参数整定找较佳,从小到大顺序查,先是比例后积分,较后再把微分加,曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢,积分时间往下降,曲线波动周期长,积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,微分时间应加长,理想曲线两个波,前高后低4比1。
2. 一看二调多分析,调节质量不会低2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照:
温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。
3.PID控制的原理和特点
在工程实际中,应用较为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术较为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,较适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
PID控制策略简介
PID控制策略简介
PID(Proportional Integral Derivative)是一种控制策略,可以根据系统的误差利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。
比例分量(P)可以避免“超调”,积分分量(I)用于消除“静差”(微小的偏差的积累)、微分分量(D)可以提高响应速度、减少干扰影响
PID控制常用于生产线的温度、压力、流量、液位控制
温度控制系统是一个惯性很大的系统,明显滞后于控制作用,当开始加热的时候,并不能看到温度会很明显的上升;但停止加热后,温度仍会有一定程度的上升。
当前温度(PV)值到达设定值(SV)后才停止加热,则由于温度的滞后效应、会使温度长时间超过设定值而出现“过冲”(“超调” )现象;如果在PV值还没有到达设定值便停止加热,则温度可能难于到达设定值
HMI上的常见符号:S(设定),P(当前),V(数值),L(低位),H(高位)
PID控制参数整定常用口诀
PID控制参数整定常用口诀
1. PID常用口诀: 参数整定找最佳,从小到大挨次查,先是比例后积
分,最后再把微分加,曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线飘荡绕大湾,比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢,积分时光往下降,曲线波动周期长,积分时光再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,微分时光应加长,抱负曲线两个波,前高后低4比1,
2. 一看二调多分析,调整质量不会低
3. PID控制器参数的工程整定,各种调整系统中P.I.D参数阅历数据以
下可参照:温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 压力P:
P=30~70%,T=24~180s,液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L:
P=40~100%,T=6~60s。 3.PID控制的原理和特点在工程实际中,应用最为广泛的调整器控制逻辑为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调整。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构容易、稳定性好、工作牢靠、调节便利而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能彻低把握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采纳时,系统控制器的结构和参数必需依赖阅历和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为便利。即当我们不彻低了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD 控制。PID控制器就是按照系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量举行控制的。
比例(P)控制比例控制是一种最容易的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
PID控制器阀门流量
PID控制器阀门流量
PID控制器阀门流量
⒈简介
⑴背景
在工业过程控制中,阀门是常用的控制元件,用于调节
流体的流量,以控制压力、温度等工艺参数的变化。
⑵目的
本文档旨在介绍PID控制器在阀门流量控制中的应用。
⒉ PID控制器概述
⑴ PID控制器原理
PID控制器是一种经典的闭环控制算法,由比例(P)、
积分(I)和微分(D)三个部分组成。比例部分根据偏差计算输出,积分部分累积偏差并输出,微分部分根据偏差变化率计算输出,三
者线性组合得到最终控制量。
⑵ PID控制器特点
●快速响应能力
●抗干扰能力强
●控制精度高
⒊阀门流量控制系统组成
⑴流量传感器
流量传感器用于实时监测流体的流量,将流量信号传输
给PID控制器。
⑵阀门执行机构
阀门执行机构根据PID控制器的输出信号,控制阀门的
开度,从而调节流体的流量。
⑶控制算法与控制器
PID控制器接收流量传感器的信号,并根据设定值和实
际值之间的偏差计算控制信号,输出到阀门执行机构。
⒋ PID控制器在阀门流量控制中的应用
⑴设置PID参数
设置PID参数是保证控制系统稳定性和性能的关键步骤,通常通过试探法、经验法或调整法来确定最佳参数。
⑵调试与优化
在实际应用中,需要通过调试与优化来进一步提高控制
系统的稳定性、鲁棒性和响应速度。
⑶故障排除
当阀门流量控制系统出现故障时,需要通过故障排除的
方法来找到故障原因并解决问题。
附件:示意图、数据表格、控制算法代码
法律名词及注释:
●PID控制器:比例-积分-微分控制器,是一种闭环控制算法。
●阀门:用于调节流体流量的控制元件。
●流量传感器:用于实时监测流体的流量。
pid控制每秒流量采样时间设置
pid控制每秒流量采样时间设置
用指令向导做的控制每秒钟的流量恒定
流量是通过高速计数器换算过来的
请问smb34那个默认的中断是多久一次?
我采样时间设为多少比较合适
最佳答案
SMB34,时间间隔值从1~255ms。如果对于21x 系列,时间间隔值从5~255ms。
高速计数器计算是每个扫描周期调用1次。而对于PID 调节来说相当于每1s(默认值)采样1次。
对于你的流量计算来说,采样时间越短越好,这样瞬时流量越精确。不过对于PID来说,如果你的流量每次变化不太大时,PID的默认值设置应该能满足要求。
通俗易懂的PID控制算法讲解
微分系数Kd决定了控制器对误差变化趋势的敏感程度:Kd 越大,控制器对误差变化趋势的反应越强烈,有助于减小超 调和振荡,提高系统稳定性。
03
微分控制可以改善系统的动态性能,但对噪声敏感,可能放 大高频噪声。
PID控制器的传递函数
PID控制器的传递函数为:G(s) = Kp + Ki/s + Kds,其中s为拉普拉斯变换中的复变量 。
机器人
PID控制算法在机器人领 域也有重要的应用,如机 器人的运动控制、轨迹规 划等。
PID控制算法的发展历程
01
早期阶段
PID控制算法起源于20世纪初,最初被用于船舶的自动驾驶仪中,后来
逐渐应用于其他领域。
02
发展阶段
随着计算机技术的发展,PID控制算法得到了广泛的应用和推广,出现
了许多改进的PID控制算法,如自适应PID、模糊PID等。
06
PID控制算法的未来发展
深度学习在PID控制中的应用前景
深度学习模型可以学习并理解 复杂的非线性系统动态,有望
提高PID控制器的性能。
利用深度学习技术,可以实 现PID控制参数的自动整定, 减少人工干预,提高控制效
率。
结合深度学习,可以构建自适 应的PID控制器,使其能够根 据不同的系统状态自动调整控
03
当前趋势
目前,PID控制算法仍然是工业过程控制中最常用的算法之一,同时也
PID控制简介
PID控制简介
文章出处:-本站会员发布时间:2006-03-06
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID 控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。
基于PID的恒流量控制系统的设计
1 恒流量控制 系统原理
图1 是 系 统 组成 结 构 示 意 图. 首 先对 P L C设 定
一
设 本流 量 控 制 系统 中 电动调 节 阀的 四种 工作
开度状 态如 表 1 所示 。
表1 阀 门开 度 状 态 表
个预定值 ,电路上 电后 ,P L C 数摸转换后控制
中图分类号 :T P 2 7 3 文献标识码:A 文章编号 :1 0 0 9 —9 4 9 2( 2 0 1 5、0 9—0 0 8 6一O 2
De s i g n o f t he Co ns t a nt Fl o w Co n t r o l Sy s t e m Ba s e d o n PI D
S 7 —2 0 0 PL C a s t h e ma i n c o n t r o l l e r , P I D a s t h e c o n t r o l a l g o r i t h m, c o mp l e t e s t h e d e s i g n o f c o ns t a n t lo f w c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n PI D. Th e d e b ug g i n g r e s u l t s s h o w t ha t t he d e s i g n o f t h e s y s t e m i s f e a s i b l e .
pid控制应用场景
pid控制应用场景
PID控制器是常用的控制器之一,应用范围广泛。其应用场景主要包括以下方面:
1.温度控制
温度是许多生产和工程领域中的重要控制参数之一。PID控制器可以根据温度信号反
馈实时调整加热或冷却的输出,使温度保持恒定或按设定曲线变化。例如,在化工生产中,需要严格控制反应器的温度,以确保反应物能够按预期的速率而反应,而过高或过低的温
度都会影响反应的效果。
2.流量控制
流量控制也是工业生产、实验设备等领域中的重要控制参数之一。PID控制器可根据
测量的流量信号反馈,及时调整阀门开度或泵的转速等输出,以控制流量。例如,在化工
生产中,需要将多种原料按照一定比例混合,需要精确地控制每种原料的流量,以保证混
合物符合要求。
3.位置控制
位置控制是机器人、机床、自动化生产线等领域中常见的控制应用场景。PID控制器
可根据位置信号反馈及时调整线性或旋转执行器的输出,使其到达预设的位置。例如,汽
车工厂中的机器人组装汽车时,需要将零部件精确地组装到指定位置,而PID控制器可以
帮助机器人实现高精度的位置控制。
4.转速控制
转速控制是电机、风机、泵等设备的重要应用。PID控制器可根据测量的转速信号反馈,及时调整电机或风机等输出,以调整运行速度。例如,在工业生产中,需要不同转速
的电机来带动不同的设备,而PID控制器可以控制电机的转速,确保设备能够按照预期的
速率运行。
5.压力控制
除了以上列举的几种,PID控制器还广泛应用于化工、水处理、医疗设备、航空航天
等许多行业和领域中。随着科技的不断进步和应用的不断扩展,PID控制器也不断地适应
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一种基于PLC的PID流量控制设计
在工业生产过程中对液体流量的高精度控制是不可少的.随着工业技术的不断发展,原有的控制手
段已经不能满足对液体流量高精度,高速度的控制需求.在实际工作中采用三级构成:上位机采用工业
PC机,其工作稳定,抗干扰能力强,寿命长;PLC部分采用西门子的S7-300系列处理器;外加一块
FM355C专用PID控制模块进行数据模块进行数据采集和处理.上位机与PLC之间采用PROFIBUS
通讯协议.采用一款西门子的触摸屏与PLC联机用于现场操作[1].
1PLC控制系统设计
本系统由上位机,PLC,触摸屏,流量计,电动阀构
成,系统结构如图1所示.
1.1上位机由工业PC机构成,其组态软件采用国产
的MCGS6.0,对流量、阀位及其他各种参数进行显示和
控制.上位机与PLC采用PROFIBUS通讯协议,最高通
讯速率可达到1.5 Mb/s.
1.2 PLC控制器PLC控制器包括PS-200,2A电源,
CPU314,FM355C模块[2]. FM355C模块的接线端子表如表1.
4、5脚为反馈信号输入脚,与靶式流量计连接,对于两线制的流量计4、5引脚间还需接一个10K的
负载电阻.8、9为模拟量输出脚,与电动调节阀相连.14、15及18、19脚为第二路PID的输入
与输出.
1.3传感器和动作机构流量采集采用数字靶式流量计,该种流量计采用累计计数的工作方式,1 s钟
累计1次,工作范围40~1 000 L/h,对大流量的采集较为精确.V型调节球阀利用球芯转动与阀座打开
相割打开面积(V形窗口)来调节介质流量,调节性能、自洁性能好,适用于高粘度、悬浮液、纸浆告示不
干净、含纤维介质场合.采用直连方式与执行机构连接,具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、阻力小、动作稳
定可靠等优点.流量计和调节阀的信号范围为4~20 mA,与PLC连接.
1.4触摸屏采用西门子的TD100触摸屏,与PLC通过PROFIBUS总线相连.使用PROTOOLS6.0
编辑界面监控各种参数.当上位机出现故障时,触摸屏可替代上位机操作,提高了系统的可靠性.
2PID算法
当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其他技术难以采
用时,系统控制器的结构和参数必须领先经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便,即
利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制[3].PID控制为3环节叠加,公式为:m(t) = Kpe(t)+Kpτ
de(t)
dt+KiTi∫i0e(t)dt,其中Kp为比例系数,Kd为微分系数,τ为微分时间常数,Ki为积分系数.对于离散
系统的PID公式为:P(k) = Kp{E(k)+TTi∑kj=0E(j)+TdT[E(k)-E(k-1)]}.
3配置PID程序模块
对西门子的PLC采用SIMA TIC STEP7 V5.3编程.进入STEP7的编程环境后首先通过“工程向
导”配置硬件和网络参数,选用的电源模块为PS-200 2A ,中央处理器为CPU 314IFM,PID控制器为
FM355 C型.
完成配置后打开OB1主程序块(图2),调用
FB31模块(STEP7中有LAD,STL ,FBD三种编程
方式,STL为语句表编程方式,其他两种为图形调用
方式).其中DB31为分配给FB31的背景块.FB31
有如下几个参数必须设置:COM_RST参数地址
DB31.DBX44. 0 BOOL型. FM355的启动开关.
CHANNEL参数地址DB31.DBX2.0 BOOL型.控
制端的通道号(每块FM355含两个通道).LMN_RE
参数地址DB31.DBX52BOOL,参数类型为REAL
型(32位浮点数).存储的是在未启动PID控制时的
阀位值(即手动控制值),取值范围为0~100(系统将
默认这些数值为电动阀的开度百分数),该参数在
PID控制启动后不起作用.LMN_REON参数地址
DB31.DBX6.4,参数类型BOOL型(在STEP7中为
1位二进制数).当为1时PID控制关闭,LMN_RE
的值作为输出值送给电动调节阀.当为0时,PID控
制超作用,LMN_RE无效.PHASE参数地址DB31.DBD4,参数类型INT型(16位无符号整数).PID
的相位控制,为1时控制相位反向180°.SP_RE参数地址DB31.DBD48,参数类型REAL型.PID 控制
的设定值,取值范围为0~100(%).PID控制启动后模块通过计算该值与采集值的差值ER来改变输出
值,仅当LMN_REON为0时有效.DEADB_W参数地址DB31.DBD104,参数类型REAL型.
默认值为
0,单位值为0,单位Hz.不工作区带宽设定值,差值ER将通过这个参数滤波.它关系到PID控制的性
湖北大学学报(自然科学版)第28卷
能.GAIN参数地址为DB31.DBD108,参数类型为REAL型.默认值为1.增益控制值,增益过大会提高
系统的趋近速度,但同时会增大系统波动,导致系统不稳定.增益过小则会使系统的趋近速度变慢.TI
参数地址为DB31.DBD112,参数类型REAL型.默认值为3000,单位s.积分时间常数.TI=0时,无积
分环节.TD参数地址为DB31.DBD116,参数类型REAL型.默认值为0,单位s.微分时间常数.TD=0
时,无微分环节.
TM_LAG参数地址为DB31.DBD120,参数类型REAL型.默认值为5,单位s.微分时间延迟设置.LOAD_PAR参数地址为DB31.DBX44.3,参数类型为BOOL型.PID控制的启动开关,每次启动
PID或改变PID参数后必须将此位置1,系统每次检查到此位为1,则将所有参数下载到FM355模块,
然后将此位复位[4].
4PID参数的调整方法
PID参数的设置一方面是要根据控制对象的具体情况而定;另一方面是经验.Kp可控制幅值震荡,
Kp大则会出现幅值震荡的幅度大,但震荡频率小,系统达到稳定时间长;Ki是解决动作响应的速度快
慢的,Ki大了响应速度慢,反之则快;Kd是消除静态误差的,一般Kd设置都比较小,而且对系统影响比
较小[5].
5试验结论
本系统在葛店的新武大有机硅厂通过测试.测试中流体采用甲醇,测试范围为50~250 L/h.以设定
值为200 L/h的系统阶跃响应曲线为例,系统延迟时间td=3.5 s,上升时间tΓ=5 s,峰值时间tp=7 s,调
节时间ts=28.5 s,超调量公式为:δ%=h(tp)-h(∞)h(∞)×100%,在试验中h(tp)=290,h(∞)=200,所以δ%=45%.经过调试后,本系统被证明完全能胜任有机硅生产过程中,对甲醇流量的精确控制. 参考文献:
[1]周军,海心.电气控制及PLC[M].北京:机械工业出版社,2001:90 135.
[2]余雷声,方宗达.电器控制与PLC应用[M].北京:机械工业出版社,1999:126 152.
[3]陶永华,尹怕欣,葛芦生.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,1998.
[4] Kember G, Dubay R. PID gain scheduling using fuzzy logic[J]. JSA Transactions, 2000,39(3):317 325.
[5] Liu G P, Daley S. Optimal-tuning nonlinear PID controllers for unstable processes based on gain and phase margin
specifications: a fuzzy neural approach[J]. Fuzzy Sets and Systems, 2002: 128(1):95 106.
The PID control system of flow measuring based on PLC