Siemens PLC 在闭环控制系统中 PID 算法的实现

1  引言

 

    在工业生产过程当中，常常需要用闭环控制方式来控制温度、压力、流量、液位和速度等连
续变化的模拟量。

PID 调节是经典控制理论中最典型的用于闭环控制系统的调节方法。积分

控制可以消除系统的静差，提高系统控制精度和抗外界干扰能力；微分控制改善系统的动
态响应速度，用于克服系统的惯性滞后，提高系统的稳定性；比例、积分、微分控制结合具
有较强的灵活性和适应性。
 

    用 PLC 对模拟量进行 PID 控制时，可使用 PID 过程控制模块，一个模块可以控制几路甚
至几十路闭环回路，但这种模块价格较贵，一般用于大型复杂的控制系统；也可以使用
PID 算法嵌入型 PLC 提供的 PID 功能指令或自编程序实现 PID 闭环控制，这种方法价格便
宜的多。本文以

Siemens S7-200 为例，介绍了用算法嵌入型 PLC 实现单回路模拟量闭环 PID

控制的方法，这种方法投资较少，适用于中小型系统。

2  PID 控制器 PLC 的实现方法

图

1  数字

PID 闭环控

制系统图

 

      典型的基
于 数 字

PID 的 闭 环 控

制系统如图

1 示，其中

虚线部分在

PLC 内部实现。PLC 的 PID 控制器的设计是以连续系统的 PID 控制规律为基础，

将其数字化写成离散形式的

PID 控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。在连续系统

中，典型的

PID 控制器的输入输出关系如下：

    

    式中:M(t)为控制器的输出量，M0 为输出的初始值；e(t)为给定值与被控变量
的误差信号；

KC 比例系数；TI 积分时间常数；TD 微分时间常数。

将上式离散化，第

n 次采样时控制器的输出为:

    
       式中包含 9
个 监 控

PID 运

算的参数，构成

S7-200 的 PID 运算回路变量表，参见表 1。

表

1  PID 指令回路表