摘要：本文主要探讨基于AB CompactLogix系列PLC的PID扭矩控制方法，通过对目标扭矩的快速有效控制，达到提高设备效能和节约生产时间的目的。
　　关键词：PLC;PID;闭环控制;扭矩控制;
　　引言
　　现代工业控制系统中，PID作为闭环控制的一个重要解决方案，它在并不精确知道控制系统模型的情况下仍然可以实现温度、液位、压力、流量等模拟量的控制。
　　1 PID原理
　　PID控制就是根据系统反馈的误差，利用比例、积分、微分进行计算并调节输出以达到控制的目的。它的核心是“反馈”。反馈让系统的实时输出加入到输入中，从而实现自动调节。其原理框图如下。
　　根据控制误差e（t）与设定值r（t）和输出值y（t）的关系，得到e（t）计算公式如下
　　e（t） = r（t） – y（t）
　　控制公式如下
　　式中的变量解释如下
　　u（t）： 控制器的输出信号;e（t）： 输入偏差信号;Kp：比例增益;
　　TI：积分时间常数;TD： 微分时间常数;r（t）： 控制器给定值;y（t）： 系统实际输出值
　　1）比例控制作用
　　比例部分的表达式
　　当过程输出值y（t）与设定值r（t）存在偏差时，比例控制器通过调节比例系数Kp从而改变控制器输出u的值，u的大小会朝着减少偏差e的方向变化。
　　纯比例控制的缺点是无法消除系统的静态误差，影响调节精度。
　　2）积分控制作用
　　积分部分的表达式为：
　　积分控制器的引入是为了消除静态误差。只要偏差e（t）不为零，它的控制作用就一直在增加;而当e（t）为零时，它是一个常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。
　　TI值大小决定了积分的强弱程度。TI的值越大，积分的控制作用就越小，消除系统偏差的时间就越长;TI的值越小，积分的控制作用就越大，消除系统偏差的时间就越短，但系统可能会产生振荡;所以，虽然积分部分可以消除系统静态偏差，但系统的动态性能变差了，因此我们必須根据实际的需要来具体确定TI的值。
　　3）微分控制作用
　　微分部分的表达式为：
　　微分控制作用是阻止偏差变化，通过变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并且可以在偏差值变大之前进行修正。微分控制的作用是由TD决定，TD越大，则其抑制偏差的作用越强，TD越小，其抑制作用越弱。
　　2 PID在扭矩控制方面的应用
　　我们以一台磨合机扭矩控制的程序改造为例，来说明PID的算法原理及其控制功能的实现。
　　改造前：设备到达目标扭矩的时间为11秒，每磨合一个零件总时间为60秒，存在明显的时间浪费。
　　改造目标：尝试降低无效的磨合时间，减少每个零件的生产时间。
　　2.1 程序编写
　　在程序中，新增扭矩控制的设定值、P参数/D参数设定（根据实际情况，该设备使用PD控制方式）、扭矩的计算等参数和计算公式，由于篇幅所限，此处就不详细列出具体内容了。
　　2.2 将PID控制的参数放到触摸屏参数设置页面，并与PLC关联起来。
　　2.3 效果对比
　　（横坐标是时间轴，纵坐标是扭矩值）
　　至此，可以通过扭矩监控的趋势图看到改造后扭矩的输出响应比较及时，而且在扭矩上升阶段，由于有微分的作用，可以有效抑制扭矩的超调。具体的改造前后比较见下表。达成同样的效果，磨合时间从60秒降低到52秒，经济效益明显。
　　对比 到达目标扭矩时间
　　（加速时间） 有效磨合时间
　　（仅指正向或反向磨合） 控制方式 经济效益
　　改造前 11秒 10秒 非PID控制 N/A
　　改造后 3秒 18秒 PID控制 约4小时时间*
　　*假设每个班生产600个零件，每天三个班，每天节约时间：
　　（60-52）*600*3/（60*60）=4 小时
　　如其他设备有改进的空间，可以配合一起减少生产总时间。
　　3 结论
　　通过PID控制方式实现的扭矩控制，只要通过参数的输入，可以选择控制的类型（PI，PD，PID），简单实用。为了实现最佳的控制，我们在实施的时候需要根据整定的原则，选择合理的控制类型和正确的整定参数，并经过耐心调试，最终会得到我们想要的效果。
　　参考文献：
　　[1] 钱晓龙，ControlLogix系统组态与编程—现代控制工程设计，北京：机械工业出版社，2013.6
　　[2] 刘兆妍、岳树盛，PID控制研究与应用[J]，河北理工学院学报，2002年
　　[3] 祁鸿芳，王淑红. PID算法在西门子PLC模拟量闭环控制中的实现[J]. 机床电器，2005（1）