PLC控制系統(tǒng)在氣體調(diào)節(jié)中的應(yīng)用（3）
PLC控制系統(tǒng)在氣體調(diào)節(jié)中的應(yīng)用
導(dǎo)讀： PLC采用Siemens公司生產(chǎn)的S7-300系列，由于現(xiàn)場的PLC系統(tǒng)與主控室的上位機距離較遠（800米左右），因此通訊系統(tǒng)需成對加裝RS-485中繼器，另外在現(xiàn)場增加TP27-10//觸摸屏進行數(shù)據(jù)顯示，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
3 軟件設(shè)計
根據(jù)該系統(tǒng)具體情況，PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中著重要考慮的是以下幾個方面：
（1） 數(shù)據(jù)采集及工程量轉(zhuǎn)換
?。?） PID算法
?。?） 流量溫壓補償計算以及流量的累積計算
對于系統(tǒng)中的邏輯控制選用梯形圖（LADDER）編程，直觀、方便;對于PID回路控制流量溫壓補償計算以及流量的累積計算部分則采用語句表（STL）編程，結(jié)構(gòu)緊湊而又靈活。
PID調(diào)節(jié)是該系統(tǒng)中最為重要的控制程序，因此特將PID算法作一重點介紹。
3.1 PID算法
STEP7提供了兩種常用的PID算法：連續(xù)型PID（FB41）和離散型PID（FB42），根據(jù)實際要求，選用的是FB41。并在組態(tài)王中使用畫圖功能模擬一個PID調(diào)節(jié)器的操作面板，完成PID調(diào)節(jié)控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入、PID參數(shù)（比例系數(shù)、積分時間）輸入等功能。
PID算法的輸出實際上是比例（P）、積分（I）、微分（D）三部分作用之和：
Mn=MPn+MIn+MDn
MPn = GAIN（SPn- PVn）
MPn = GAIN TS/ TI（SPn-PVn）+ MX
MDn = GAIN TD/ TS（PVn-1-PVn）
Mn：第n次采樣時刻的輸出值。
MPn：第n次采樣時刻的比例作用，與偏差成正比。
MIn：第n次采樣時刻的積分作用，可以消除靜差，提高控制品質(zhì)。
MDn：第n次采樣時刻的微分作用，根據(jù)差值的變化率調(diào)節(jié)，可抑制超調(diào)。SPn：第n次采樣時刻的設(shè)定值。
PVn：第n次采樣時刻的過程值。
MX：第n-1次采樣時刻的積分作用，每次采樣計算后自動刷新。
GAIN：回路增益，P參數(shù)。
TI：積分時間常數(shù)，即I參數(shù)。
TI：微分時間常數(shù)，即D參數(shù)。
TS：采樣時間。
從上面的公式中可以看出，參數(shù)P（GAIN）與P、I、D作用都是成正比的，它決定了PID回路的靈敏度，即調(diào)節(jié)速度的快慢;I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強。不能單靠理論計算來確定PID參數(shù)，唯一的衡量標準就是被控參數(shù)（壓力）的精度和穩(wěn)定度，所以在實際調(diào)試中，都是參照被控參數(shù)的實時曲線，反復(fù)觀察分析，從而達到最佳的控制效果。
4 采用該系統(tǒng)的意義
?。?）計算機化管理使得系統(tǒng)信息儲存量大，數(shù)據(jù)采集與反饋及時、準確，系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可實現(xiàn)長期保存，有利于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史查詢和故障的即時排除;
?。?）該系統(tǒng)投入運行后，通過計算機顯示與控制，提高了過程自動化的程度，可實現(xiàn)無人調(diào)節(jié)操作，減少了操作環(huán)節(jié)，降低了運行成本，使系統(tǒng)的管理和控制上了一個新臺階。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)自2005年7月投入運行后，工作穩(wěn)定、可靠，成功地實現(xiàn)了全部控制功能，取得了比較好的控制效果，達到了預(yù)期的控制指標。
導(dǎo)讀： PLC采用Siemens公司生產(chǎn)的S7-300系列，由于現(xiàn)場的PLC系統(tǒng)與主控室的上位機距離較遠（800米左右），因此通訊系統(tǒng)需成對加裝RS-485中繼器，另外在現(xiàn)場增加TP27-10//觸摸屏進行數(shù)據(jù)顯示，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
3 軟件設(shè)計
根據(jù)該系統(tǒng)具體情況，PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中著重要考慮的是以下幾個方面：
（1） 數(shù)據(jù)采集及工程量轉(zhuǎn)換
?。?） PID算法
?。?） 流量溫壓補償計算以及流量的累積計算
對于系統(tǒng)中的邏輯控制選用梯形圖（LADDER）編程，直觀、方便;對于PID回路控制流量溫壓補償計算以及流量的累積計算部分則采用語句表（STL）編程，結(jié)構(gòu)緊湊而又靈活。
PID調(diào)節(jié)是該系統(tǒng)中最為重要的控制程序，因此特將PID算法作一重點介紹。
3.1 PID算法
STEP7提供了兩種常用的PID算法：連續(xù)型PID（FB41）和離散型PID（FB42），根據(jù)實際要求，選用的是FB41。并在組態(tài)王中使用畫圖功能模擬一個PID調(diào)節(jié)器的操作面板，完成PID調(diào)節(jié)控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入、PID參數(shù)（比例系數(shù)、積分時間）輸入等功能。
PID算法的輸出實際上是比例（P）、積分（I）、微分（D）三部分作用之和：
Mn=MPn+MIn+MDn
MPn = GAIN（SPn- PVn）
MPn = GAIN TS/ TI（SPn-PVn）+ MX
MDn = GAIN TD/ TS（PVn-1-PVn）
Mn：第n次采樣時刻的輸出值。
MPn：第n次采樣時刻的比例作用，與偏差成正比。
MIn：第n次采樣時刻的積分作用，可以消除靜差，提高控制品質(zhì)。
MDn：第n次采樣時刻的微分作用，根據(jù)差值的變化率調(diào)節(jié)，可抑制超調(diào)。SPn：第n次采樣時刻的設(shè)定值。
PVn：第n次采樣時刻的過程值。
MX：第n-1次采樣時刻的積分作用，每次采樣計算后自動刷新。
GAIN：回路增益，P參數(shù)。
TI：積分時間常數(shù)，即I參數(shù)。
TI：微分時間常數(shù)，即D參數(shù)。
TS：采樣時間。
從上面的公式中可以看出，參數(shù)P（GAIN）與P、I、D作用都是成正比的，它決定了PID回路的靈敏度，即調(diào)節(jié)速度的快慢;I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強。不能單靠理論計算來確定PID參數(shù)，唯一的衡量標準就是被控參數(shù)（壓力）的精度和穩(wěn)定度，所以在實際調(diào)試中，都是參照被控參數(shù)的實時曲線，反復(fù)觀察分析，從而達到最佳的控制效果。
4 采用該系統(tǒng)的意義
?。?）計算機化管理使得系統(tǒng)信息儲存量大，數(shù)據(jù)采集與反饋及時、準確，系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可實現(xiàn)長期保存，有利于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史查詢和故障的即時排除;
?。?）該系統(tǒng)投入運行后，通過計算機顯示與控制，提高了過程自動化的程度，可實現(xiàn)無人調(diào)節(jié)操作，減少了操作環(huán)節(jié)，降低了運行成本，使系統(tǒng)的管理和控制上了一個新臺階。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)自2005年7月投入運行后，工作穩(wěn)定、可靠，成功地實現(xiàn)了全部控制功能，取得了比較好的控制效果，達到了預(yù)期的控制指標。
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