白山西门子PLC代理

4 微分先行PID控制器的PLC实现
    4.1 PLC的工作原理及结构

    PLC采用循环扫描T作方式，这个工作过程一般包括5个阶段：内部处理、与编程器的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理，其丁作过程如图8所示。图8中当PI上方式开关置于RUN(运行)时，执行所有阶段；当开关方式置于STOP(停止)时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC连机或离线编程。

图8 PLC工作原理图

    PLC基本硬件结构与一般计算机几乎一样，主要由中央处理单元(CPU)、存储器(ROM／RAM)、输入／输出单元(I／O)、电源以及外部设备(如编程器)等几大部分组成。其基本结构如图9所示。

图9 PLC基本结构框图

    PLC的软件含系统软件和用户程序。系统软件由PLC制造商同化在机内，用以控制可编程控制器本身运作；用户程序由可编程控制器的使用者编制并输入，用于控制外部对象运行。PLC有5种编程语言，即顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表和结构文本。其中，较为常用的是梯形图、指令表和顺序功能流程图。而梯形图编程语言更为直观易懂，简单方便，符合广大电气工程技术人员的使用习惯，冈此大多数厂家PLC的编程语言都采用梯形图语言。
    这里。采用S7-200作为主控模块，EM231作为输入模块，EM232作为输出模块，则各控制参数地址分配如表1所示。

表1 S7-200 PID指令参数区地址分配

    4.2 初始化PID参数

    利用前面设定的KP＝0.42，K1＝0.0092，KD＝34这组参数，先确定采样周期丁，再计算出τ1和τD，然后进行PID各参数在S7-200 PLC程序上的嵌入。西门子PLC提供有专门的PID控制模块，可以直接应用。下面进行相应的参数计算。
    对温度控制系统，一般采样周期T＝10～20 s，这里取T＝10 s。则根据PID算法的表达式：
    
    将上式离散化后，有：
    
    可知：KP＝0.42，K1＝KPT／τ1＝0.0092，KD＝KPτD／T＝34。计算可得：τ1＝456 S＝7.6 min，τD＝809 s＝13.5 min。
    计算出相应参数之后，即可进行初始化PID参数，过程如下：
    取设定值为满值的80％，存入VD 204中；KP＝0.42，存入VD 212中；T＝10 s，存入VD 216中；τ1＝7.6 min。存入VD 220中；τD＝13.5 min，存入VD 224中；定时中断时间t1＝100 ms，存入SMB 34中。
    4.3 主汽温微分先行PID控制器的程序实现
   采用S7-200的3个PID同路实现对主汽温的串级微分先行控制。其中，回路1实现比例积分运算，回路2实现超前微分运算，回路3实现比例运算。回路1和回路2构成了主汽温串级控制的主回路，回路3构成了主汽温串级控制的副回路。在调用PID回路之前，都要先进行数据的归一化处理。调用之后，还要进行逆归一化处理J81。其程序结构流程图如图10和图11所示。

图10 超前微分控制程序结构图

图12 主控制环节程序结构图

    由于副回路只采用比例控制，其结构比较简单，在这里不再叙述。
5 结 语
    针对火力发电机组锅炉主汽温控制对象的非线性、多变量、多扰动、大滞后等特性，将基本PID控制器、微分先行PID控制器和模糊PID控制器应用于锅炉主汽温控制系统，并分别进行了仿真研究。结果表明，微分先行PID控制器缩短了滞后时间，减小了超调量，其控制性能和动态特性与模糊PID控制器相一致。与基本PID控制器相比，具有更好的控制性能和动态特性。此外，微分先行PID控制器与模糊PID控制器相比，具有更简单的硬件结构和更高的可靠性。同时，给出了基于PLC的程序设计。因此，基于PLC硬件设施的微分先行PID控制策略。对实现火力发电机组主蒸汽温度的高品质控制有着重要的实用价值。