基于PLC的温度PID控制的研究与设计

许传远　王东瑞　蔡宇　杨化鹏　满煊旭

摘 要：本文以热敏电阻的发热温度为研究对象，结合PID闭环控制原理，以S7-200smart PLC为控制工具，通过设计PLC的外围接线电路及模拟量控制程序，实现了对热敏电阻的温度控制。

关键词：PLC；PID；温度控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.138

1 引言

温度、压力、流量、液位等模拟信号变化量是工业生产中常见的重要参数，特别是温度的变化常与许多物理变化和化学变化等过程息息相关，因此对温度的控制在化工、冶金、机械加工等方面有着十分重要的作用。

传统的温度控制多由继电器控制来实现，但是继电器的触点使用寿命短，故障率高，无法满足现代控制的要求，而采用可编程序控制器（PLC）实现温度控制目前是公认的最佳选择。可编程序控制器是一种工业控制计算机，是集计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单等特点，在工业领域中被广泛地使用。特别随着PLC技术的不断发展，功能的不断扩充，大多数PLC都具有了PID控制功能，对温度、压力等模拟信号的控制十分灵活方便。

PID控制为比例、积分、微分控制，又称PID调节，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一，将PLC与PID算法控制结合起来，对温度控制将会十分高效与方便。

2 设计方案

2.1 总体思路

（1）如图1所示，系统控制热敏电阻PT100发热温度在0-100度以内，将温度变送器的信号与PLC模拟量模块输入端连接，从温度变送器端采集物体温度信号。

（2）模拟量模块输入端将温度变送端采集的物体温度信号作为过程变量，与设定程序进行比较，经程序PID运算后，由PLC模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。

（3）根据模拟量输出端输出加热信号的大小，对受热体进行加热，加热后的温度再通过温度变送器送到PLC模拟输入端，形成闭环控制，当采样温度与设定温度相等时PID计算结果为0，热敏电阻温度不再继续增加控制结束。

2.2 PLC的选择

PLC型号的选择需要依据PLC的输入输出（I/O）点数、模拟信号输入输出情况，存储器容量及各项控制功能是否符合控制系统的需要来進行选择。西门子公司的S7-200 smart系列PLC无论从功能或性价比方面都十分优越，特别是对模拟信号的控制方便灵活，由于本设计中需一路模拟信号输入和一路模拟信号输出，所以设计中可选用S7-200 smart PLC来实现，设计中可选用CPU SR30主机模块加EM AM03模拟信号扩展模块来实现。

3 硬件连接设计

硬件连接设计如图2所示，采用PLC主机模块CPU SR30串接模拟量混合扩展模块EM AM03实现，对主机模块采用24V直流供电，温度变送信号接入EM AM03输入信号端，模拟输出信号接到驱动模块。

4 控制程序设计

硬件连接结束后，需编写PLC梯形图控制程序，来实现温度控制。程序编写时，首先在子程序中设置PID控制回路参数表内容，具体设置如表1所示，之后建立中断程序，通过程序中的数据转换及PID计算处理，最终产生输出信号进行控制，程序设计流程如图3所示。

程序编写完成后，经实际调试与控制要求相符后，即可完成温度控制，也可与HMI设备连接，进行实时信息监控。

5 结束语

温度、压力、液位等模拟信号的控制在自动化控制系统中有着越来越广泛的应用，随着全球经济的快速发展，自动化控制程度越来越高，利用PLC对模拟信号控制将在各行各业中发挥出重要作用。而PID控制方法的强大控制功能与PLC相结合后使控制更加灵活和方便，其不仅可以实现快速精确控制，也可提高自动化生产效率，具有优越的发展前景。

参考文献：

[1]蔡杏山.图解西门子S7-200 SMART PLC快速入门与提高[M].北京：电子工业出版社，2018.

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术（第3版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[3]孙建平.自动控制原理[M].北京：中国电力出版社，2014.