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PLC闭环控制系统中PID控制器的实现

1引言

在工业生产中，常需要用闭环控制方式来实现温度、压力、流量等连续变化的模拟

量控制。无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用计算机(包括PLC)的数字控

制系统，PID控制都得到了广泛的应用。

PID控制器是比例－积分－微分控制的简称，具有

(1)不需要精确的控制系统数学模型;

(2)有较强的灵活性和适应性;

(3)结构典型、程序设计简单，工程上易于实现，参数调整方便等优点。积分控制

可以消除系统的静差，微分控制可以改善系统的动态相应速度，比例、积分、微分

三者有效地结合可以满足不同的控制要求。

2PLC实现PID的控制方式

2.1PID过程控制模块

这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户使用时序

要设置一些参数，使用起来非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。

2.2PID功能指令

现在很多PLC都有供PID控制用的功能指令，如S7-200的PID指令。它们实际上是

用于PID控制的子程序，与模拟量输入/输出模块一起使用，可以得到类似于使用PID

过程控制模块的效果。

2.3用自编的程序实现PID闭环控制

有的PLC没有PID过程控制模块和PID控制用的功能指令，有时虽然可以使用PID

控制指令，但是希望采用某种改进的PID控制算法。在上述情况下都需要用户自己

编制PID控制程序。

3PLC-PID控制器的实现

本文以西门子S7-200PLC为例，说明PID控制的原理及PLC的PID功能指令的使用

及控制功能的实现。

3.1PID控制器的数字化

PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散

形式的PID控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。

在连续系统中，典型的PID闭环控制系统如图1所示。图1中sp(t)是给定值，pv(t)

是反馈量，c(t)是系统的输出量，PID控制的输入输出关系式为:

式中:

M(t)—控制器的输出量，M为输出的初始值;

0

e(t)=sp(t)-pv(t)－误差信号;

K比例系数;

C

T－积分时间常数;

I

T－微分时间常数。

D

图1连续闭环控制系统方框图

式(1)的右边前3项分别是比例、积分、微分部分，它们分别与误差，误差的积分和

微分成正比。如果取其中的一项或两项，可以组成P、PD或PI控制器。

假设采样周期为TS，系统开始运行的时刻为t＝0，用矩形积分来近似精确积分，用

差