1  引言

　　在大多数的恒压供水电气系统的设计中，PID控制算法是设计人员常常采用的恒压控制算法。常见的PID控制器控制形式主要有3种:(1)硬件型，通用PID温控器;(2)软件型，使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器上做PID控制器;(3)使用变频器内置PID控制功能，相对前两者来说，这种叫内置型。这3种控制器形式各具特点，但采用什么形式的PID控制器对控制性能和生产成本具有一定的影响，这值得设计人员考虑的。本文将与大家探讨3种控制器形式的应用、优劣以及调试过程中的要点。

　　2  PID温控器

　　图1   PID温控器控制系统框图

　　现在的PID温控器多为数字型控制器，具有位控方式、数字PID控制方式以及模糊控制方式，有的还具有自整定功能，如富士PWX系列温控器、欧陆800系列温控器就属此类型。此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变，考虑到抗干扰性，一般将输入输出类型都设定为4~20mA电流类型。图1为以PID温控器调节器构成的闭环压力调节系统，压力的给定值由PID温控器的面板设定，压力传感器将实际的压

力变换为4~20mA的压力反馈信号，并送入PID温控器的输入端;PID温控器将输入的模拟电流信号经数字滤波、A/D转换后变为数字信号，一方面作为实际压力值显示在面板上，另一方面与给定值作差值运算;偏差值经数字PID运算器运算后输出一个数字结果，其结果又经D/A转换后，在PID温控器的输出端输出4~20mA的电流信号去调节变频器的频率，变频器再驱动水泵电机，使压力上升。当给定值大于实际压力值时www.cechina.cn，PID温控器输出最大值20mA，压力迅速上升，当给定值刚小于实际压力值时，PID温控器输出开始退出饱和状态，输出值减小www.cechina.cn，压力超调后也逐渐下降，最后压力稳定在设定值处，变频器频率也稳定在某个频率附近。

　　这种PID控制形式的主要优点有:操作简单、功能强大、动态调节性能好，适用于选用的变频器性能不是很高的应用场合，同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。缺点是:PID调节过于频繁，稳态性能稍差，布线工作量多。调试注意要点:P参数值不宜太大，一般为0.5~1;I参数和D参数的比值大约为4，I参数的值一般为6s~16s;由于PID温控器的响应快，为了防止调整过程中压力波动过大CONTROL ENGINEERING China版权所有，变频器的上升和下降时间应调大些，推荐30s~80s;设定PID温控器的显示标尺斜率，校正压力显示值;设定适当的数字滤波时间，抑制干扰信号的输入。

　　3  软件型PID

　　喜欢使用PLC指令编程的设计者通常自己动手编写PID算法程序，这样可以充分利用PLC的功能。在连续控制系统中，模拟PID的控制规律形式为

　　(1)

　　式中 e(t)-偏差输入函数;

　　u(t)-调节器输出函数;

　　KP-比例系数;

　　T1-积分时间常数;

　　TD-微分时间常数。

　　由于式(1)为模拟量表达式，而PLC程序只能处理离散数字量www.cechina.cn，为此，必须将连续形式的微分方程化成离散形式的差分方程。式(1)经离散化后的差分方程为

　　(2)

　　式中 T-采样周期;

　　k-采样序号，k=0，1，2… i，… k;

　　u(k)-采样时刻k时的输出值;

　　e(k)-采样时刻k时的偏差值;

　　e(k-1)-采样时刻k-1时的偏差值;

　　为了减小计算量和节省内存开销，将式(2)化为递推关系式形式:

　　(3)

　　式中 SV-调节器设定值;

　　f(k)-采样时刻k时的反馈值;

　　f(k-1)-采样时刻k-1时的反馈值;

　　f(k-2)-采样时刻k-2时的反馈值;

　　至此式(3)已可以用作编程算法使用了，如图2所示，建议采用1s的时间定时中断程序来做PID程序。式(3)中的常数项可在参数输入后调用一个子程序来计算，这样可以避免每个扫描周期都计算一次常数项。

　　图2   软件型PID控制系统框图

　　可采用与PLC直接连接的文本显示器或触摸面板输入参数和显示参数，如西门子的TD200、TP7等。

　　使用式(3)编写PID程序，需4次乘法、两次加法、两次减法计算以及多个MOV指令，因此显得很烦琐。实际应用中，取消P、D控制www.cechina.cn，保留I控制，也能很好满足实际要求，所以控制关系式可写成:

　　u(k)=u(k-1)+△u   (4)

　　式中 △u-积分增量。

　　显然式(4)简单得多，积分增量可根据实际需要来确定。当压力未到达设定值，增量为正;当压力超调后，增量为负。采用式(4)来控制压力，也存在一些问题，△u设置过大，则稳态时压力误差大，△u设置太小，则调整时间太长。如果结合模糊控制的思想，就能