Page 63 - 2019-6

工业自动化 许志胜 等·西门子 S7-1500 的 PID 温度控制在挤出机上的应用

（6）设定值与过程值的差值大于过程值上限与过 程虽然平稳，超调小，却极耗时间 , 如图 12 所示。
程值下限之差的 30%。
（7）设定值与过程值的差值大于设定值的 50%。
（8）设定值大于过程值。
为了满足上述要求，并使系统进入稳态，可以手
动模式下调整输出，使受控量相对稳定，然后启动预
调节。挤出机的机筒区共有 6 路 PID 温度控制（如图
10），开始调试时 6 路 PID_TEMP 工艺对象分别做预
调节，使用调节后的 PID 参数控制机筒区温度，升温
平稳，时间长，超调小，如图 11 所示。

图 12 多路 PID_TEMP 预调节后机筒区 5 的参数

借助于死区功能可以很好的解决第 1 个问题。如
果过程值位于设定值附近的死区内，则控制偏差会受
到抑制，这样 PID 算法就不会做出响应并且会减少输
出值不必要的波动。在调节过程中，加热或制冷过程
的死区宽度不会自动设置。必须手动对死区宽度进行
图 10 单路 PID_TEMP 预调节后升温曲线 正确组态。如果将死区宽度设置为 0.0，会禁用死区。

考虑到温度的滞后及要求的控制精度 ±1℃，把死区
宽度设为 2℃，这样当误差在 2℃之内时，PID 算法会
保持输出值不变，减少了波动。
借助于设置控制区域宽度可以解决第 2 个问题。
如果过程值不处于设定值附近的控制区，控制器将输
出最小输出值或最大输出值。这意味着，过程值会更
快地到达设定值。如果过程值位于设定值附近的控制
区内，则输出值通过 PID 算法进行计算。挤出机正常
工作时的温度在 200℃左右（根据物料的区别略有不
同），把控制区域宽度设为 100℃，当温度在 100℃以
图 11 单路 PID_TEMP 预调节后机筒区 5 的参数
下时，控制器输出 100% ；当温度在 300℃（由于风机
但是机筒区的温度控制属于多区域控制系统，多 快速制冷的原因几乎不可能达到）时，控制器输出 0%。
区域控制系统的特点为各个温度区域会由于热耦合而 设置控制区域宽度后，由于温度滞后的原因，会使超
相互影响，在这种多区域控制的应用中有必要同时对 调变大，但会大大缩短到达设定值的时间，而且过程
各区域完成预调节加热。同时激活 6 路 PID_TEMP 的 值最终也会趋于稳态，总体来说是利大于弊。
预调节功能，调节后的 P 值及 I 值都有所增加，升温 4.4 风机的控制
过程明显变短。 风机的控制没有使用工艺对象 PID_TEMP 输出控
使用多路预调节后的 PID 参数加热机筒区温度时， 制，而是编写程序短时制冷。经过反复测试后得到的
存在 2 个问题。1 是接近于稳态时，由于存在温度误 控制逻辑为（如图 13）：当温度偏差大于 5℃时，制
差，PID 输出频繁波动，导致固态继电器频繁通断 ； 2 冷风机一直接通 ；当温度偏差大于 1.5℃小于 5℃时，

是当实际值远低于设定值时，PID_TEMP 就开始调节 周期内短时接通，10 s 周期接通 2 s ；当温度偏差小于
输出，导致 PID 输出并没有达到 100%，这种升温过 1.5℃时，考虑温度的滞后性，不制冷。

2019 第 45 卷 ·47·
年