【2017年整理】PLC在PID控制系统中的应用.doc

第1章 绪论 1.1 温度控制系统概述 温度是工业生产和生活中最常用的参数之一，温度控制系统广泛应用于民用工业、机电设备测控系统、电炉箱以及大型实验室的各种实验箱。温度控制指的是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行加工与处理。温度是由温度传感器测量后，经过A/D转换器将模拟信号变成数字信号，送到计算机，由它产生相应的控制信号去控制被控对象。 随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，在冶金、化工、机械等各类工业控制过程中，电加热炉得到了广泛的应用。电加热炉的温度是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。电加热炉由电阻丝加热，温度控制具有非线性、大滞后、大惯性、多变量、时变性、声音单向性等特点。 目前，国内的电加热炉温度控制器大多还停留在国际60年代水平，仍在使用继电-接触器控制。继电-接触器控制是自动化程度非常低的控制策略，对于像电加热炉这样的复杂控制对象，已经不能满足日益发展的工艺技术要求，将逐渐被淘汰。 基于PLC技术的控制器自80年代以来，取得了巨大的成就，尤其是微型计算机的蓬勃发展，使得PLC控制器具有强劲的优势。因此，寻求适合PLC控制器的控制技术一直是控制人员关心的课题。在现有设备及技术条件下，应用现代控制理论很难设计出有效而且实用的控制器，在工业控制领域，应用现代控制理论设计出来的控制器的效果往往还不如根据经典PID理论设计的过程控制器的控制效果。到目前为止，在工业控制过程中，占统治地位的仍然是经典的PID控制调节器，其比例达到了90%以上。 以PID算法为核心，各种形式的DDC控制系统，是目前电加热炉温度控制系统较普遍使用的方法。当然，常规PID算法简单、鲁棒性好、可靠性好，但其参数一经调整，在生产过程中不能自动修改。 1.2 PLC概述 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，英文缩写PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通讯网络技术而发展起来的一种工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（三大支柱包括：PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化控制系统的基本装置。 在PLC问世之前，工业控制领域中是以继电器占主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工业发生变化时，就必须重新设计、重新安装。造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用公司（GM）提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即： （1）编程方便简单；（2）硬件维护方便；（3）可靠性要高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制装置；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）成本上可与继电器控制装置竞争；（7）输入可以是交流115V；（8）输出是交流115V，2A9）扩展时，原系统只需做很小的改动；（10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。 根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。从此，可编程序控制器这一新的控制技术迅速发展起来，而且，在工业发达国家发展很快。 国际电工委员会在1987年2月颁布了相关草案，该草案中对可编程控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。 虽然PLC只有30多年的历史，但其发展势头迅猛，目前PLC的年生产增长率仍保持在30%至40%的水平。成为当今增长速度最快的工业控制器，而且还将要继续发展下去。PLC将向着两个方向发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面向着小型化的方向发展，以适应不同场合和不同要求的控制需要。 为适应大规模控制系统的需求，大型PLC向着大容量、高速度、高性能、增加I/O点数的方向发展，主要表现为：增强网络通讯能力、发展只能模块、外部故障诊断功能、编程语言、编程工具标准化、高级化等。 发展小型PLC，其目的是为了占领分散的中小型的工业控制场所。小型PLC向着简易化、体积小、功能强、价格