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用PLC的软件实现PID闭环控制

摘要：本文提出了在PLC控制的中小型系统中，用软件的方法去实

现PID闭环控制的方法和用数字形式实现惯性滤波的动态滤波方法，

给出了程序流程图。

关键词：PLCPID调节器闭环控制



1引言

在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速都是常用

的主要的被控参数。例如，在冶金工业，化工生产，电力工程，机械

制造，食品加工等许多领域人们都需要对各类加热炉，热处理炉，反

应炉和锅炉温度进行监测和控制。一般用闭环控制的方式。PID调节

是经典控制理论中最典型的控制规律，在以往的模拟控制系统中得到

了广泛得应用，对相应的控制对象进行控制时获得了比较满意得结

果。

通常，在控制系统中有一定容量的储能元件，因此系统中常会有

一定的惯性和时间上的滞后，负载的变化以及电源系统的干扰都会给

控制带来影响，造成系统参数的变化，从而使控制性能改变。采用

PID调节，可对系统偏差进行比例调节，引入积分环节，对偏差进行

积分，提高了系统控制精度和抗外界干扰能力。引入微分环节，用于

克服系统的惯性滞后，从而提高系统的稳定性。这就大大提高了控制

系统的性能和品质。

PCL控制模拟量，可采用PID过程控制模块，一个模块可以控制

几路甚至几十路闭环回路，但这种模块价格较贵，一般用于大型复杂

的控制系统。

本文介绍一种用软件方法模拟PID调节器去控制模拟量，在硬件

上只需配模拟输入/输出模块(A/D,D/A)模块，这种方法适用中小型系

统，投资较小。

2PID调节器的数字化

我们以位置式PID控制法控制炉温为例加以说明，这是工业过程

控制中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的结果。

控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：

e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值，可作为温度调节器的输入信号，其

中r(t)为给定值，y(t)为被测变量值，kp为比例系数，Ti为积

分时间常数，Td微分时间常数，P(t)为调节器的输出控电压信号。

一个典型的ＰＬＣ模拟量闭环控制系统方框图为

但计算机只能处理数字信号，故上述必须加以变换。若设温度采

样周期为Ｔ，第N次采样得到的输入偏差为e(n)，调节器输出为

p(n)则有：

上式中p(n)为第n次采样后计算调节器的输出，e(n)，e(n-1)分

别是第n次和第n-1次采样时的误差值，T为采样周期，n为采样序

号。

上述算式计算出的是第n次采样后，控制器输出的数字量，从式

中可以看出要想计算P(n)，不仅需要本次与上次偏差信号e(n)和

e(n-1)，而且还要在积分项中把历次偏差信号e(k)进行相加，这样

不仅计算繁杂，而且保留e(k)要占用很大的内存空间，使用非常不

便。写成递推形式为：

3PID控制程序的编制

数字PID调节器有四个参数需要选择，这四个参数分别是采样周

期Ｔ、调节器的比例系数k、调节器的积分时间常数T、调节器的

pi

微分时间常数T。这些参数随不同的控制对象的要求而定。选择合适

d

的参数使整个系统稳定速度最快，超调量最小。图2是PID控制程

序流程图，采样时间是用PLC定时器来控制，须选用运算速度较快且

具有算术运算等功能的PLC。为提高其抗干扰性能，还可填加数字滤

滤处理程序。

4数字滤波程序设计

在模拟量输入通道中，常用一阶低通RC模拟滤波器来削弱干扰，

但要设计大时间常数及高精度的RC滤波器，困难相当大，采用惯性

滤波法是一种以数字形式实现低通滤波的动态滤波方法。他能很好地

克服上述缺点。低通滤滤器的传递函数为



从物理意义上讲T远小于Tf，故α≈T/T，滤波程序设计原理

f

为：系统程序中设计初始化Y(n-1)→0，计算α值。当采样时间到，

采集炉温后，设炉温信号为X(n)，计算Y(n)=(1-α)Y(