基于PLC與Wincc構(gòu)架下的水溫PID控制

基于PLC與Wincc構(gòu)架下的水溫PID控制一、介紹PID控制器是一種基于反饋控制原理的控制算法。在工業(yè)控制中，PID控制器被廣泛應(yīng)用于流量、溫度、壓力等控制系統(tǒng)中。此文將以水溫PID控制系統(tǒng)為例，介紹如何使用PLC和Wincc構(gòu)建一個高效的水溫PID控制系統(tǒng)。二、硬件設(shè)計（1）溫度檢測為了實(shí)時檢測水溫并反饋給控制器，需使用一款溫度傳感器。在工業(yè)現(xiàn)場中，常使用的溫度傳感器有熱敏電阻、熱電偶、紅外線測溫等方式。在此，我們選用熱敏電阻作為溫度傳感器。（2）控制器控制器是實(shí)現(xiàn)水溫PID控制的主要部分。在本文中，我們使用西門子（Siemens）公司的PLC——S7-300，作為我們的控制器。該型號的PLC設(shè)備因其穩(wěn)定性高、通訊速度快和可靠性強(qiáng)而得到了廣泛應(yīng)用。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)在水溫PID控制系統(tǒng)中，我們使用電磁閥作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來調(diào)節(jié)水流到熱交換器的速度。水流量的調(diào)節(jié)會直接影響到熱交換器的效率和水溫的升降。三、軟件設(shè)計（1）PLC程序設(shè)計PLC程序是實(shí)現(xiàn)控制器功能的核心內(nèi)容。本系統(tǒng)中，我們使用STEP7-V5.5軟件編寫PLC程序。編寫程序的過程中，需要明確的控制方式、計算方式和輸出方式。在本水溫PID控制系統(tǒng)中，PLC程序設(shè)計流程如下圖所示。具體實(shí)現(xiàn)需要對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并做處理,按照PID算法進(jìn)行計算，最后將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電壓信號，控制電磁閥輸出水流的流量。（2）HMI設(shè)計HMI是人機(jī)交互界面的縮寫，即人機(jī)界面。在本文中，我們使用Wincc軟件進(jìn)行HMI的設(shè)計。通過HMI，操作員可以實(shí)時監(jiān)控PLC控制器的工作狀態(tài)。Wincc開發(fā)工具為我們提供了多種控件，使得我們可以自由設(shè)計和布局界面。在此，我們設(shè)計了一個簡單的水溫PID控制界面，如下圖所示。界面主要包括水溫實(shí)時監(jiān)測、設(shè)定溫度、手動自動切換、誤差顯示、水流量調(diào)節(jié)等功能。四、PID控制算法PID控制算法是一種自適應(yīng)控制算法，可以根據(jù)實(shí)時反饋的錯誤信息來進(jìn)行自我調(diào)整。PID控制器根據(jù)誤差大小調(diào)節(jié)輸出信號，以達(dá)到使誤差趨近于零的目標(biāo)。該算法通過采集溫度和設(shè)定溫度，計算出誤差值、積分值和微分值，并得出最終的輸出值。在此，我們定義PID控制算法表達(dá)式如下：$$u(t)=K_P×e(t)+K_I×\\int_{0}^{t}e(\\tau)d\\tau+K_D\\fraci4c2eqk{dt}e(t)$$其中：e(t)為當(dāng)前誤差值；Kp、Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)?？刂破鞲鶕?jù)溫度數(shù)據(jù)和設(shè)定溫度計算出誤差值e(t)，然后通過PID算法計算出控制信號u(t)，輸出到電磁閥，實(shí)現(xiàn)水流調(diào)節(jié)，從而達(dá)到溫度控制的目的。五、結(jié)論本文通過PLC編程程序和Wincc界面開發(fā)，構(gòu)建了一個運(yùn)用PID算法實(shí)現(xiàn)水溫控制的系統(tǒng)，可以實(shí)時檢測水