淺談PLC在模擬閉環(huán)控制中的應用

【摘 要】在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控量是模擬量，而PLC的CPU只能處理離散量。被控量首先被離散取樣變?yōu)橹绷麟娏骰螂妷盒盘?，模擬控制系統(tǒng)分為恒值和隨動兩種系統(tǒng)。閉環(huán)負反饋控制能使控制系統(tǒng)的反饋量等于或跟隨常數(shù)值，也可以有效地抑制閉環(huán)中各種擾動的影響，使被控量趨于給定值。

【關鍵詞】閉環(huán)控制系統(tǒng)；模擬量；可編程控制器

1.模擬閉環(huán)控制系統(tǒng)與PID控制器

1.1變送器的選擇和閉環(huán)控制反饋極性的判斷

變送器有兩種形式（電流輸出型、電壓輸出型），當電流流入模擬量輸入模塊時，輸入阻抗較小，線路上的信號產(chǎn)生的干擾小，因此模擬量中的電流信號適用于遠程傳送。

閉環(huán)控制反饋必須保證為負反饋，如果使用正反饋，被控量將會向一個極性無限擴大或縮小，系統(tǒng)安全則會成為問題。很多外界因素也可能導致閉環(huán)控制系統(tǒng)的極性不穩(wěn)定，例如，導線的反接、穿管器安裝移位、誤差公式的改變等，這些都會造成極性的改變。

下列方法可用來判斷PID是否為負反饋系統(tǒng)：

首先斷開輸入，讓系統(tǒng)處在開環(huán)狀態(tài)，因為積分環(huán)節(jié)會改變輸入的電壓方向，運行系統(tǒng)觀察電壓方向是否改變即可判斷是否有積分環(huán)節(jié)；運行系統(tǒng)可減小誤差，若發(fā)生以上變化則為負反饋。

1.2 PID控制器

PID控制器（即比例、微分、積分）由運算放大器組成，比例（P）、積分（I）、微分（D）部分分別與誤差、誤差的積分與微分成正比。在某些控制系統(tǒng)中，只需要其中的一項或兩項組成P、PD、PI控制器，使用PI控制方式，能獲得較高的動態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度；使用PID控制方式時，能使控制對象的慣性滯后變大。

現(xiàn)在的工業(yè)控制理論中，絕大部分控制系統(tǒng)都應用PID控制器，因為它有以下優(yōu)點：

1.2.1不需要建立被控量的具體數(shù)學模型

自動控制理論的分析和設計建立在被控量的線性定常數(shù)的基礎上，這種模型沒有充分考慮到系統(tǒng)的非線性因素和時變性，PID控制器則不需要建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，較好的解決了這一問題。

1.2.2結構簡單，容易實現(xiàn)

PID控制器是有一個或多個運算放大器組成，各部分電路參數(shù)容易調(diào)整，對于多回路控制和串級控制能較簡單的實現(xiàn)。

1.2.3適應性和靈活性較強

可以根據(jù)被控量的具體模型，來選擇不同的P、I、D組合，使之形成各種各樣的控制器。隨著控制智能化程度的不斷提高，PID控制與其他各種高端智能控制結合在一起，實現(xiàn)了參數(shù)自整定，擴大了PLC的應用范圍。

2.工業(yè)中PLC的應用舉例

PLC中的PID模塊結構簡單，運用靈活，在各個工業(yè)控制中起到了很大的作用。在大型鋼管噴涂中，就應用到了閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制鋼管在生產(chǎn)線上的行進速度，從而有效的解決了傳統(tǒng)工藝中噴涂不均勻以及油漆的浪費過多等問題。不僅提高了鋼管漆膜的質(zhì)量和性能還減少了很多浪費，在系統(tǒng)工程中有很大應用價值。

在制冷中央空調(diào)中，目前很多中央空調(diào)是由壓縮機組組成，根據(jù)不同的溫度需要，開啟一個或幾個壓機從而達到所需溫度，在這種系統(tǒng)中應用開關傳感器檢測溫度點，有的系統(tǒng)中需要檢測的溫度點比較多，運用的開關傳感器過多，電路的布線非常多，造成系統(tǒng)復雜，不容易控制。對于制冷機這樣一個閉環(huán)模擬系統(tǒng)應用4通道12位A/D模塊，可以直接替代開關傳感器進行讀寫，使系統(tǒng)電路變得簡單，易于工人進行操作和控制，工藝調(diào)節(jié)也相對變的簡單了很多，穩(wěn)定性和性價比得到提高。

幾年來變頻調(diào)速成為高端科技的前沿技術，為了滿足溫度、流速等工藝模擬變量的要求，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)有鍵盤調(diào)節(jié)和電位器調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)模式，當速度的變化要求復雜多樣，工藝調(diào)節(jié)需要時常改變速度，以上兩種方法則不能滿足工業(yè)控制的要求。這時使用PLC模擬量控制模塊，以三菱公司出產(chǎn)的FX2N系列PLC為例，它的編程主要是多通道模數(shù)轉換模塊來實現(xiàn)。充分利用模擬量模塊輸出信號選擇、增益及偏置等控制變頻器的速度，因而解決了變頻調(diào)速在工業(yè)中的需求。

在PLC控制中心，完成PID閉環(huán)運算，在模擬系統(tǒng)中的應用越來越廣，由于PLC程序可移植性強，在各行個業(yè)中的應用比較廣泛。

3.PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

PLC發(fā)展至今已有30多年歷史，它的產(chǎn)生是人類智慧的結晶，是為了迎合社會的腳步，全面解放和發(fā)展生產(chǎn)力，是人類更好的運用自身的能力，以最少的投入創(chuàng)造最高的生產(chǎn)價值，使人類的科技水平向前邁進了一步。電子技術的數(shù)字化程度不斷提高使得半導體技術、通信技術、EDA產(chǎn)品在不斷的進行更新?lián)Q代，通過研究者不斷試驗和探索，PLC技術正在向一個更強大的方向發(fā)展，它的未來會更好的服務于人類社會。例如三菱公司的小型PLCFX系列先后推出了FX、2FX、FX、FX、FX、FX、FX0SN 2C C 1S和FX等模塊，它們的性價比、性能以及容量都比1N大。由它所制造的工業(yè)控制系統(tǒng)自動化程度高，能完成傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不能完成的任務。PLC的最明顯特征是通過邏輯編程和調(diào)整各種物理參量，在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到顯而易見的效果。

PLC 具有強大的控制驅(qū)動力，它的特點在于界面可視化、梯形圖編程簡單、外圍電路簡單、內(nèi)部保護充足。加之近年來PLC的功能不斷改進，許多小型PLC的功能和運算速度有了很大的提高，因此已經(jīng)廣泛的應用于各個領域，其在工業(yè)控制中的位置不言而喻。隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進步，PLC在模擬量閉環(huán)控制工業(yè)系統(tǒng)中的應用將會越來越廣泛，它將會替代傳統(tǒng)工業(yè)控制工藝和嵌入式控制器的工作內(nèi)容。

4.結束語

現(xiàn)在，絕大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)屬于模擬閉環(huán)控制系統(tǒng)，常規(guī)的工業(yè)控制主要針對線性系統(tǒng)，求出線性方程，然后分析穩(wěn)定性、快速性、超調(diào)量、誤差系數(shù)等各種性能指標；而在閉環(huán)系統(tǒng)中，這些因素很難分析準確，這使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法使工業(yè)水平提高要求，PLC可編程控制以其優(yōu)越的可靠性、靈活性以及自動化程度高等優(yōu)點逐步取代傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術，最終會會替代傳統(tǒng)工業(yè)工業(yè)控制。

【參考文獻】

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