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摘要：本文简要介绍了工业生产中热处理系统中的PLC控制系统。采用西门子SIMETIC S7-200系列可编程程序逻辑控制器對温度进行模拟量的闭环控制调节。其算法采用PID闭环调节，通过PID调节控制系统，实现自动调节，保证系统温度稳定，从而起到精确控制温度的作用。
关键词：S7-200PLC PID闭环控制 温度控制
一、引言
在电气控制设备中，PLC已经成了我国电气控制的标准设备，在各行各业都得到了非常广泛的应用。在热处理系统中，为了使设备快速、平稳地运行，PLC通过模拟量I/O模块，实现A/D转换和D/A转换，并对模拟量进行闭环控制，其中比例、积分、微分三者有效地结合可以满足所需的控制要求[1]。
二、控制电路
1.PID控制的优点[2]
在工业控制中，一般用闭环控制方式来控制温度、压力、流量这一类连续变化的模拟量，无论是使用模拟量调节的模拟控制系统还是使用计算机的数字控制系统，PID控制都得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：
（1）使用PID控制，则不需要被控对象的数学模型也可以得到比较满意的控制效果。
（2）PID调节器的结构典型，程序设计简单，参数调整方便。
（3）有较强的灵活性和适应性。根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式。
一般系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD或PID调节。本文采用的是PI调节。
2.控制电路设计
在热处理系统中，PLC采用的是西门子S7-200系列。其系统框图如图1所示。
图1中虚线内为PLC部分，测量元件测出温度p(t)，转换为标准模拟量（电压或电流）电信号pv(t)传输给模/数转换模块A/D，转换为数字信号pv(n)后，送到比较器，通过比较环节，与设定值sp(n)比较后，得出测量偏差ev(n)= sp(n)- pv(n)，测量偏差ev(n)通过控制器运算后，输出控制量mv(n)，再通过数/模转换模块D/A，转换为模拟控制量mv(t)后，传输到执行机构如空间矢量变频器，对温度进行控制[2]。其中，ev(n)为测量偏差，sp(n)为加热温度设定值，pv(n)为测量反馈值。
三、PI控制
1.PI闭环控制系统实现框图
在热处理设备中，闭环控制实现框图如图2所示。
在热处理系统中，系统执行机构加热必须达到一定程度才能满足工业需求。其中，执行机构一般为空间矢量变换器，敏感元件为红外线传感仪。该系统的设定值是系统的加热温度，过程变量由温度测量仪提供。设定值可以预先设定后直接输入PI控制器，过程变量值是来自温度测量仪即红外线传感器的模拟量，输出值也是一个模拟量。
2.PI算法
PI调节器的线路图如图3所示。此调节器采用模拟控制，用运算放大器来实现控制。
图3中， Uin和Uex分别表示调节器输入和输出电压的绝对值，图中所示的极性表明它们是反相的；Rba1为运算放大器同相输入端的平衡电阻，一般取反相输入端各电路电阻的并联值，按照运算放大器的输入输出关系，可得：
式中： ——PI调节器比例部分的放大系数，
——PI调节器的积分作用时间常数，
当初始条件为0时，取上式两侧的拉氏变换，移项得PI调节器的传递函数为：
在PI调节过程中，只要系统误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，而在调节过程中，只要误差不为0，那么调节器的输出就会因积分作用而不断变化，并且一直要到误差消失，系统处于稳定状态时积分部分才不会变化。
在图4中，横轴表示的是时间t，纵轴代表着加热物体的温度T，其中T0为温度设定值，T1为加热对象的初始值。1、2、3曲线各对应3个不同的比例时间常数 和积分时间常数t值，t1、t2、t3分别为各曲线的峰值。由图可以看出，当 值越大时，系统的峰值越高，调节作用就越强，调节就越及时，系统的稳定精度就越高；但是一般 若取值过大，则会使系统的输出量震荡加剧，从而降低系统的稳定性。t4、t5、t6分别对应系统不同 的积分时间。
由图知，逐渐增大积分时间常数t即当t1 五、结论
在热处理系统中，加热的温度控制采用PLC控制，可以减小系统误差，提高系统的效率。PI算法是一种简单且经济的算法，在工业控制中应用广泛。它可以实现系统较高的精度要求，使系统波动小、响应快、控制精度相对较高。
参考文献：
[1]廖常初.可编程序控制器应用技术(第五版)[M].重庆大学出版社.2008.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统(第三版)[M].机械工业出版社.2007.
关键词：S7-200PLC PID闭环控制 温度控制
一、引言
在电气控制设备中，PLC已经成了我国电气控制的标准设备，在各行各业都得到了非常广泛的应用。在热处理系统中，为了使设备快速、平稳地运行，PLC通过模拟量I/O模块，实现A/D转换和D/A转换，并对模拟量进行闭环控制，其中比例、积分、微分三者有效地结合可以满足所需的控制要求[1]。
二、控制电路
1.PID控制的优点[2]
在工业控制中，一般用闭环控制方式来控制温度、压力、流量这一类连续变化的模拟量，无论是使用模拟量调节的模拟控制系统还是使用计算机的数字控制系统，PID控制都得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：
（1）使用PID控制，则不需要被控对象的数学模型也可以得到比较满意的控制效果。
（2）PID调节器的结构典型，程序设计简单，参数调整方便。
（3）有较强的灵活性和适应性。根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式。
一般系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD或PID调节。本文采用的是PI调节。
2.控制电路设计
在热处理系统中，PLC采用的是西门子S7-200系列。其系统框图如图1所示。
图1中虚线内为PLC部分，测量元件测出温度p(t)，转换为标准模拟量（电压或电流）电信号pv(t)传输给模/数转换模块A/D，转换为数字信号pv(n)后，送到比较器，通过比较环节，与设定值sp(n)比较后，得出测量偏差ev(n)= sp(n)- pv(n)，测量偏差ev(n)通过控制器运算后，输出控制量mv(n)，再通过数/模转换模块D/A，转换为模拟控制量mv(t)后，传输到执行机构如空间矢量变频器，对温度进行控制[2]。其中，ev(n)为测量偏差，sp(n)为加热温度设定值，pv(n)为测量反馈值。
三、PI控制
1.PI闭环控制系统实现框图
在热处理设备中，闭环控制实现框图如图2所示。
在热处理系统中，系统执行机构加热必须达到一定程度才能满足工业需求。其中，执行机构一般为空间矢量变换器，敏感元件为红外线传感仪。该系统的设定值是系统的加热温度，过程变量由温度测量仪提供。设定值可以预先设定后直接输入PI控制器，过程变量值是来自温度测量仪即红外线传感器的模拟量，输出值也是一个模拟量。
2.PI算法
PI调节器的线路图如图3所示。此调节器采用模拟控制，用运算放大器来实现控制。
图3中， Uin和Uex分别表示调节器输入和输出电压的绝对值，图中所示的极性表明它们是反相的；Rba1为运算放大器同相输入端的平衡电阻，一般取反相输入端各电路电阻的并联值，按照运算放大器的输入输出关系，可得：
式中： ——PI调节器比例部分的放大系数，
——PI调节器的积分作用时间常数，
当初始条件为0时，取上式两侧的拉氏变换，移项得PI调节器的传递函数为：
在PI调节过程中，只要系统误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，而在调节过程中，只要误差不为0，那么调节器的输出就会因积分作用而不断变化，并且一直要到误差消失，系统处于稳定状态时积分部分才不会变化。
在图4中，横轴表示的是时间t，纵轴代表着加热物体的温度T，其中T0为温度设定值，T1为加热对象的初始值。1、2、3曲线各对应3个不同的比例时间常数 和积分时间常数t值，t1、t2、t3分别为各曲线的峰值。由图可以看出，当 值越大时，系统的峰值越高，调节作用就越强，调节就越及时，系统的稳定精度就越高；但是一般 若取值过大，则会使系统的输出量震荡加剧，从而降低系统的稳定性。t4、t5、t6分别对应系统不同 的积分时间。
由图知，逐渐增大积分时间常数t即当t1
在热处理系统中，加热的温度控制采用PLC控制，可以减小系统误差，提高系统的效率。PI算法是一种简单且经济的算法，在工业控制中应用广泛。它可以实现系统较高的精度要求，使系统波动小、响应快、控制精度相对较高。
参考文献：
[1]廖常初.可编程序控制器应用技术(第五版)[M].重庆大学出版社.2008.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统(第三版)[M].机械工业出版社.2007.