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以下是基于三菱 FX5 系列 PLC（可通用用于压力控制场景）的 PID 压力控制示例程序，通过模拟量输入采集压力信号，结合 PID 算法调节执行机构（如比例阀）输出，实现压力精确控制。程序包含信号采集、滤波、PID 运算、输出控制及报警逻辑。

控制逻辑说明

1. 信号采集：通过模拟量输入模块（如 FX5-4AD）采集压力变送器信号（4~20mA 对应 0~1MPa）。

2. 信号处理：对原始信号进行滤波和量程转换（将数字量转为实际压力值，单位：kPa）。

3. PID 控制：调用 PLC 内置 PID 指令，根据目标压力与实际压力的偏差计算输出值。

4. 执行输出：将 PID 输出转换为模拟量信号（4~20mA），控制比例阀开度。

5. 辅助功能：包含手动 / 自动切换、参数设置、超压报警等逻辑。

程序代码（ST 语言）

st

// 模块定义：模拟量输入（4AD）、模拟量输出（2DA）
VAR_GLOBAL
    // 模拟量输入（4~20mA对应0~1MPa）
    AI_Pressure_Raw: WORD := 0;  // 原始值（5530~27648）
    AI_Pressure_Filtered: WORD := 0;  // 滤波后值
    Pressure_Actual: WORD := 0;  // 实际压力（0~1000kPa）
    
    // 控制参数
    Pressure_Set: WORD := 600;  // 目标压力（默认600kPa=0.6MPa）
    Man_Output: WORD := 0;      // 手动输出值（0~27648）
    Auto_Mode: BOOL := TRUE;    // 自动模式（TRUE=自动，FALSE=手动）
    
    // PID参数（可通过HMI修改）
    PID_Kp: REAL := 8.0;        // 比例增益
    PID_Ki: REAL := 0.2;        // 积分系数（1/秒）
    PID_Kd: REAL := 0.5;        // 微分系数（秒）
    PID_Output: WORD := 0;      // PID输出值（0~27648）
    
    // 报警信号
    Alarm_High: BOOL := FALSE;  // 高压报警（>1100kPa）
    Alarm_Low: BOOL := FALSE;   // 低压报警（<100kPa）
    Alarm_Filter: BOOL := FALSE;// 传感器故障报警
END_VAR

// 主程序：周期执行（100ms）
PROGRAM Main
VAR
    // 临时变量
    Filter_Buffer: ARRAY[0..2] OF WORD := [0,0,0];  // 滤波缓冲区
    Filter_Sum: DWORD := 0;                         // 滤波总和
    Error: WORD := 0;                               // 偏差值
    Error_Abs: WORD := 0;                           // 偏差绝对值
    Deadband: WORD := 5;                            // 死区（±5kPa）
END_VAR

// 1. 读取模拟量原始值（4AD模块通道0）
AI_Pressure_Raw := FX5_4AD.Read(Channel := 0);  // 读取4AD通道0

// 2. 滑动平均滤波（抑制干扰）
Filter_Buffer[2] := Filter_Buffer[1];
Filter_Buffer[1] := Filter_Buffer[0];
Filter_Buffer[0] := AI_Pressure_Raw;
Filter_Sum := DWORD#Filter_Buffer[0] + Filter_Buffer[1] + Filter_Buffer[2];
AI_Pressure_Filtered := WORD#(Filter_Sum / 3);  // 取3次平均值

// 3. 传感器故障检测（信号超出量程）
IF (AI_Pressure_Filtered < 5000) OR (AI_Pressure_Filtered > 28000) THEN
    Alarm_Filter := TRUE;
ELSE
    Alarm_Filter := FALSE;
END_IF;

// 4. 量程转换（4~20mA → 0~1000kPa）
// 公式：Pressure_Actual = (Filtered - 5530) * 1000 / (27648 - 5530)
Pressure_Actual := WORD#(
    INT#(AI_Pressure_Filtered) - 5530
) * 1000 / 22118;  // 22118 = 27648 - 5530

// 5. 压力报警逻辑
IF Pressure_Actual > 1100 THEN
    Alarm_High := TRUE;
ELSE
    Alarm_High := FALSE;
END_IF;

IF Pressure_Actual < 100 THEN
    Alarm_Low := TRUE;
ELSE
    Alarm_Low := FALSE;
END_IF;

// 6. PID控制（自动模式）
IF Auto_Mode AND NOT Alarm_Filter THEN
    // 计算偏差
    Error := WORD#(INT#(Pressure_Set) - INT#(Pressure_Actual));
    Error_Abs := ABS(Error);
    
    // 死区处理：偏差小于5kPa时不调节
    IF Error_Abs <= Deadband THEN
        // 保持当前输出
    ELSE
        // 调用PID指令（三菱PID_LIB库）
        PID_Output := PID_LIB.Execute(
            Setpoint := Pressure_Set,
            ProcessValue := Pressure_Actual,
            Kp := PID_Kp,
            Ki := PID_Ki,
            Kd := PID_Kd,
            OutputMin := 0,
            OutputMax := 27648,
            Cycle := 100  // 控制周期100ms
        );
    END_IF;
END_IF;

// 7. 手动/自动输出切换
IF Auto_Mode THEN
    // 自动模式：输出PID计算值
    FX5_2DA.Write(Channel := 0, Value := PID_Output);  // 写入2DA通道0
ELSE
    // 手动模式：输出手动设定值
    FX5_2DA.Write(Channel := 0, Value := Man_Output);
END_IF;
END_PROGRAM

程序关键说明

1. 信号滤波：采用滑动平均滤波（取最近 3 次采样值的平均值），减少传感器信号波动对控制的影响。

2. 量程转换：将 4~20mA 对应的数字量（5530~27648）线性转换为实际压力值（0~1000kPa），公式参考工业标准模拟量转换逻辑。

3. PID 参数：

• Kp（比例增益）：初始建议 5~10，增大可提高响应速度，但过大会导致超调；

• Ki（积分系数）：初始建议 0.1~0.5，用于消除静态偏差，过大会导致震荡；

• Kd（微分系数）：初始建议 0~1，用于抑制超调，滞后系统可适当增大。

4. 死区控制：当压力偏差小于 5kPa 时停止调节，避免执行机构频繁动作（延长寿命）。

5. 故障处理：检测传感器信号是否超出正常范围（4~20mA 对应 5530~27648），异常时触发报警并停止 PID 调节。

调试建议

1. 参数整定步骤：

• 先关闭积分（Ki=0）和微分（Kd=0），逐步增大Kp至压力出现轻微震荡；

• 减小Kp至震荡消失，再逐步增大Ki至静态偏差消除；

• 若超调严重，适当增加Kd抑制。

2. 输出限制：根据执行机构（如比例阀）的有效量程，限制PID_Output的范围（如最小 10% 输出对应 5530，避免阀卡涩）。

3. HMI 关联：将Pressure_Set、PID_Kp、Auto_Mode等变量关联到 HMI，方便实时修改参数和监控状态。

通过以上程序，可实现压力的闭环控制，精度通常可达 ±1% FS（满量程），适用于供水系统、气动设备等压力控制场景。