《温度控制PI》PPT课件
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➢分析： ➢1、系统设备选择： ➢ （1）选择多通道温度控制模块：FX2N-4AD-TC ➢ （2）选择热电偶（选K型热电偶） ➢ （3）选择PLC：FX2N-24MR
系统主电路图
系统原理图
FX2N-4DA-TC性能指标
FX2N-4DA-TC性能指标详见其数据手册，它可以测量温度最大范围-100～ +1200℃或-148～+2192F，数字量输出16位二进制，利用光隔离及用DC/DC转换 器使输入和PLC电源间隔离，模拟量电源DC24，60mA。
例系数KP越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度就越高；但对
于
大多数系统来说，KP过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。
（2）积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系， 只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一 直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。 因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作 用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时
例系数KP越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度就越高；但对
于
公式中，ΔMV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次 的PID输出量；EVn和EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV 为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别 是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系 数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；KP是比例增 益，TS是采样周期，TI和TD分别是积分时间和微分时间，αD是不 完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。
T0 （T0=0~32767ms）。且[S1]≤[S2]，否
则出 现错误。[D]是脉冲的输出点，只限于
Y0或
程序结构
2. PLC实现PID控制的方法
PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图如下：
用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法： (1) 使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生
1：逆动作
[S3]+2 输入滤波常数（α）0~99% 无输入滤波
[S3]+3 比例增益（KP）
1~32767（%）
[S3]+4 积分时间（TI） 为∞处理
0~32767（%）
（无积分）
0时 0时作
正动作是指当前值大于设定值SV时，加大执行量。 例如空调控制，空调未启动时室 n温上升，超过设 定值，则启动空调。
设置一个固定的周期，如5s，用PWM指令自动调整电
热丝接通的时间，从图中可以看出，如果系统的温差 大，则PID调节出来的输出值大，接通时间长，温差 小，接通的时间就短，达到调节的效果，那么有可能 继电器的触点会比较频繁动作，所以要求使用固态继 电器。
PWM脉宽调制指令
（1）、上述指令中，[S1]表示产生脉冲的宽度t （t=0~32767ms）。[S2]表示脉冲的周期
FX2N-4AD-TC的线路接线
FX2N-4AD-TC A/D转换的关系
1500 150度
系统控制分析
1、超温报警，可以用区间比较指令，把传感器采 集来的温度的平均值和1450到1550的区间内进行 比较，小于就低温报警，大于就高温报警。
2、接通启动按钮，系统就进行PID调节，把设定 值和当前值进行PID运算，得到输出值，利用这个 输出值控制电热丝通电的时间，温差越大，输出 值就越大，接通的时间越长，温差越小，输出值 就小，接通时间就短，当温差为零时，输出值为 零，电热丝就不接通。如下图所示。
设置一个固定的周期如5s用pwm指令自动调整电热丝接通的时间从图中可以看出如果系统的温差大则pid调节出来的输出值大接通时间长温差小接通的时间就短达到调节的效果那么有可能继电器的触点会比较频繁动作所以要求使用固态继电器
温度的PID调节控制
➢有一个恒温箱，要求温度控制在150℃（±1℃），箱 内用两根电热丝进行加热，用热电偶作温度传感器， 用PLC 通过固态继电器控制电热丝的加热时间。当 系统工作时，温度低于145℃时，发出低温报警，高 于155℃时，发出高温报警。写出PLC的控制程序。
产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参 数即可，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭
环回路。但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。 如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。
(2) 使用PID功能指令。现在很多中小型PLC都提供PID控制用的功 能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的 子程序，与A/D、D/A模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程 控制模块的效果，价格却便宜得多。
PID控制是根据“动作方向”([S3]+1)的设定内容进行正作用或 反作用的PID运算。PID运算公式如下：
MV
KP
EVn
EVn1
TS TI
EVn
Dn
EVn PVnf SV (正动作)， EVn SV PVnfTD
D
TD
(2 PVnf 1
PVn f
PVnf 2 )
（4）选取采样周期TS时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞 后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，TS越小 越好。但是TS太小会增加CPU的运算工作量，而相邻两次采样的差 值几乎没有什么变化，所以也不宜将TS取得过小。
感谢下 载
逆动作是指当前值小于设定值SV时，加大执行量。 例如加热炉，当炉温低于设定值时必须投入加热 装置，以升高炉温。
①动作方向：bit=0为正动作，bit0=1为逆动作。
PID指令采用增量式PID算法，控制算法中还综合使用了反馈量 一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施，使该指令比 普通的PID算法具有更好的控制效果。
间常数TI增大时，积分作用会减弱，系统的动态性能(稳定性)可
能有所改善，但是消除稳态误差的速度会减慢。
（3） 微分部分根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。 微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微
分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数TD增大时，超调量减
小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力会下降。
D TD TS D TD
Dn1
PVnf PVn L(PVnf 1 PVn )
MVn MV
公式中，ΔMV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次 的PID输出量；EVn和EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV 为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别 是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系 数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；KP是比例增 益，TS是采样周期，TI和TD分别是积分时间和微分时间，αD是不 完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。
4. PID参数的整定
PID控制器有四个主要的参数KP、TI、TD和TS需整定，无论哪一
个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住 PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。
（1）在P(比例)、I(积分)、D(微分)这三种控制作用中，比例 部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就 能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比
4. PID参数的整定
PID控制器有四个主要的参数KP、TI、TD和TS需整定，无论哪一
个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住 PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。
（1）在P(比例)、I(积分)、D(微分)这三种控制作用中，比例 部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就 能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比
(3) 使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有PID过程控制模 块和 PID控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变 型PID控制算法。在这种情况下，都需要由用户自己编制PID控制程 序。
PLC的 PID指令
[S3]
采样时间（TS）： 0~32767（ms）
[S3]+1 动作方向（ACT） bit0 0：正动作
系统主电路图
系统原理图
FX2N-4DA-TC性能指标
FX2N-4DA-TC性能指标详见其数据手册，它可以测量温度最大范围-100～ +1200℃或-148～+2192F，数字量输出16位二进制，利用光隔离及用DC/DC转换 器使输入和PLC电源间隔离，模拟量电源DC24，60mA。
例系数KP越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度就越高；但对
于
大多数系统来说，KP过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。
（2）积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系， 只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一 直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。 因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作 用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时
例系数KP越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度就越高；但对
于
公式中，ΔMV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次 的PID输出量；EVn和EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV 为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别 是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系 数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；KP是比例增 益，TS是采样周期，TI和TD分别是积分时间和微分时间，αD是不 完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。
T0 （T0=0~32767ms）。且[S1]≤[S2]，否
则出 现错误。[D]是脉冲的输出点，只限于
Y0或
程序结构
2. PLC实现PID控制的方法
PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图如下：
用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法： (1) 使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生
1：逆动作
[S3]+2 输入滤波常数（α）0~99% 无输入滤波
[S3]+3 比例增益（KP）
1~32767（%）
[S3]+4 积分时间（TI） 为∞处理
0~32767（%）
（无积分）
0时 0时作
正动作是指当前值大于设定值SV时，加大执行量。 例如空调控制，空调未启动时室 n温上升，超过设 定值，则启动空调。
设置一个固定的周期，如5s，用PWM指令自动调整电
热丝接通的时间，从图中可以看出，如果系统的温差 大，则PID调节出来的输出值大，接通时间长，温差 小，接通的时间就短，达到调节的效果，那么有可能 继电器的触点会比较频繁动作，所以要求使用固态继 电器。
PWM脉宽调制指令
（1）、上述指令中，[S1]表示产生脉冲的宽度t （t=0~32767ms）。[S2]表示脉冲的周期
FX2N-4AD-TC的线路接线
FX2N-4AD-TC A/D转换的关系
1500 150度
系统控制分析
1、超温报警，可以用区间比较指令，把传感器采 集来的温度的平均值和1450到1550的区间内进行 比较，小于就低温报警，大于就高温报警。
2、接通启动按钮，系统就进行PID调节，把设定 值和当前值进行PID运算，得到输出值，利用这个 输出值控制电热丝通电的时间，温差越大，输出 值就越大，接通的时间越长，温差越小，输出值 就小，接通时间就短，当温差为零时，输出值为 零，电热丝就不接通。如下图所示。
设置一个固定的周期如5s用pwm指令自动调整电热丝接通的时间从图中可以看出如果系统的温差大则pid调节出来的输出值大接通时间长温差小接通的时间就短达到调节的效果那么有可能继电器的触点会比较频繁动作所以要求使用固态继电器
温度的PID调节控制
➢有一个恒温箱，要求温度控制在150℃（±1℃），箱 内用两根电热丝进行加热，用热电偶作温度传感器， 用PLC 通过固态继电器控制电热丝的加热时间。当 系统工作时，温度低于145℃时，发出低温报警，高 于155℃时，发出高温报警。写出PLC的控制程序。
产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参 数即可，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭
环回路。但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。 如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。
(2) 使用PID功能指令。现在很多中小型PLC都提供PID控制用的功 能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的 子程序，与A/D、D/A模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程 控制模块的效果，价格却便宜得多。
PID控制是根据“动作方向”([S3]+1)的设定内容进行正作用或 反作用的PID运算。PID运算公式如下：
MV
KP
EVn
EVn1
TS TI
EVn
Dn
EVn PVnf SV (正动作)， EVn SV PVnfTD
D
TD
(2 PVnf 1
PVn f
PVnf 2 )
（4）选取采样周期TS时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞 后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，TS越小 越好。但是TS太小会增加CPU的运算工作量，而相邻两次采样的差 值几乎没有什么变化，所以也不宜将TS取得过小。
感谢下 载
逆动作是指当前值小于设定值SV时，加大执行量。 例如加热炉，当炉温低于设定值时必须投入加热 装置，以升高炉温。
①动作方向：bit=0为正动作，bit0=1为逆动作。
PID指令采用增量式PID算法，控制算法中还综合使用了反馈量 一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施，使该指令比 普通的PID算法具有更好的控制效果。
间常数TI增大时，积分作用会减弱，系统的动态性能(稳定性)可
能有所改善，但是消除稳态误差的速度会减慢。
（3） 微分部分根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。 微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微
分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数TD增大时，超调量减
小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力会下降。
D TD TS D TD
Dn1
PVnf PVn L(PVnf 1 PVn )
MVn MV
公式中，ΔMV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次 的PID输出量；EVn和EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV 为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别 是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系 数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；KP是比例增 益，TS是采样周期，TI和TD分别是积分时间和微分时间，αD是不 完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。
4. PID参数的整定
PID控制器有四个主要的参数KP、TI、TD和TS需整定，无论哪一
个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住 PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。
（1）在P(比例)、I(积分)、D(微分)这三种控制作用中，比例 部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就 能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比
4. PID参数的整定
PID控制器有四个主要的参数KP、TI、TD和TS需整定，无论哪一
个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住 PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。
（1）在P(比例)、I(积分)、D(微分)这三种控制作用中，比例 部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就 能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比
(3) 使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有PID过程控制模 块和 PID控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变 型PID控制算法。在这种情况下，都需要由用户自己编制PID控制程 序。
PLC的 PID指令
[S3]
采样时间（TS）： 0~32767（ms）
[S3]+1 动作方向（ACT） bit0 0：正动作