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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1.5Mb/s.

1.2PLC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,1s钟

累计1次,工作范围40~1000L/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4~20mA,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SIMATICSTEP7V5.3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-2002A,中央处理器为CPU314IFM,PID控制

器为

FM355C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.DBX44.0BOOL型.FM355的启动开关.

CHANNEL参数地址DB31.DBX2.0BOOL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,