PLC的PID及PWM功能在加热控制中的应用_柳仁松.pdf

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1、《工业控制计算机》2012年第25卷第3期89PLC的PID及PWM功能在加热控制中的应用ApplicationofHeatingControlBasedonPLCinPWMandPID柳仁松徐世许陈大程（青岛大学自动化工程学院，山东青岛266071）摘要选用欧姆龙CP1H型PLC，通过其脉宽调制（PWM）输出控制固态继电器通断，改变电加热炉的功率，实现高精度的温度控制。PWM的占空比对应固态继电器通断时间比，由PLC根据温度误差按PID算法计算出来。实际使用表明，当炉温控制在1200℃时，控制精度可达到±3℃。关键词：PLC，PID，脉

2、宽调制，固态继电器AbstractChoosingCP1HtypePLCofOmronandcontrollingtheon－offofsolidstaterelaythroughPLC＇Spulse－widthmodula-tion(PWM)output,thepowerofanelectricfurnaceisadjusted,soahighaccuratetemperaturecontrollingcanberealized．ThedutycycleOfPWMcorrespondstotheon－offtimeratioofsoli

3、dstaterelay,whichiscalculatedbythePLCaccordingtothetemperatureerrorusingPIDalgorithm．Thecontrolprecisionis±3℃whenthefurnacetemperatureis1200℃．Keywords:PLC,PID,pulsewidthmodulation,solidstaterelay本文选用固态继电器作为加热控制器件，使用PLC的2PID控制算法PWM功能，对电加热炉的功率进行控制，提高了控制精度，收到2．1欧姆龙PID控制算法良好效

4、果。欧姆龙PLC的1PWM加热控制的工作原理PID指令采用二自加热系统的组成如图1所示，由欧姆龙CP1H型PLC、固由度调节技术，二自态继电器、电阻炉、温度变送器等组成一个闭环反馈系统。由度PID传递函数CP1HPLC是欧姆龙高性能的小型机，为整体式结构，具有模如图3所示。该技术拟量输入／输出功能、PID控制和PWM输出等功能。选用在单自由度的基础上GTJ48型固态继电器作为加热控制器件。选用B分度号的铂铑发展的，其控制算法30－铂铑6型热电偶温度传感器，量程为0～1800℃，经过温度具有以下两个特点［2］：图3二自由度PID传递函数变送

5、器转换为0～20mA的电流信号，输入到CP1HPLC中内1）前置函数是一置的A／D输入端口，CPU个以α为可变参数的目标滤波器，具有低通滤波效果和抑制超采样后与温度设定值比调的特性。调整系统的参数，可以使系统满足跟踪性能。α值的较，得到温度误差信号，取值范围是0～1，当α值逐渐增大时，滤波的低通滤波特性将越经PID运算得到控制量，强，抑制超调的作用也越来越明显。将控制量转化为脉冲的2）微分环节采用了不完全微分先行算法。当输入阶跃信号占空比，然后PLC输出该时，不完全微分的响应在开始时幅值较高，然后很快衰减，幅值占空比的PWM脉冲，控较低而

6、持续时间较长，而普通微分则对阶跃的响应是一个幅值制与之相连的固态继电很高而宽度很窄的脉冲，对系统有一个较强的冲击［3］。显然，不器通断，实现对电加热炉图1系统原理图完全微分的特性要优于普通的微分环节。另外，采用微分先行的加热，从而达到炉温的精确控制。方法则是把对偏差的微分改为对被控量的微分，这样，在给定值本系统的PLC进行脉宽调制时是通过从指定端口输出一变化时，不会产生输出大幅度变化，可以改善系统的动态特性。定占空比的脉冲，改变固态继电器的导通时间和截止时间比从2．2PID参数整定而实现对电加热炉功率精确控制。当固态继电器处于导通状态，1

7、）比例带P。在调试比例带P时，先设PID参数初值为Ti＝加热炉中电阻丝与电源构成回路，电阻丝中有电流通过，电阻丝9999，Td＝0000，P＝1，使PID成为一个纯比例算法，此时改变P对炉腔进行加热。当固态继电器处于截止状态，电阻丝中没有电值，观察系统输出，直到系统呈衰减振荡，过渡时间较短，得到合流通过，加热炉停止加热［4］。适的比例带，经调试确定为0064H，即比例带为10％，对应的比PWM实现的方式：CP1H可从CPU单元内置输出中发出可例增益Kp为10。变占空比的脉冲输出信号，CP1HXA系列晶体管输出型PLC有2）积分时间Ti。积

8、分作用消除系统稳态误差。在比例带P一定四对固定脉冲输出端子，两对可变占空比脉冲输出端子，通过的情况下，积分时间Ti越小，积分作用越强，Ti过小有可能使系统PWM输出指令设置脉冲的占空比来进行脉