S7-1200PLC的PID工藝功能

1、第第 5 章章S7-1200 PLC的的PID工藝功能工藝功能15.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)組成 調節(jié)器執(zhí)行機構被控對象測量變送sp(t)e(t)M(t)c(t)pv(t)+-1( )( )( )( )cDinitialIde tM tKe te t dtTMTdt25.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)變送器的選擇 變送器分為電流輸出型和電壓輸出型。變送器分為電流輸出型和電壓輸出型。電壓輸出型變送器具有恒壓源特性，輸入阻抗很高。如果變送電壓輸出型變送器具有恒壓源特性，輸入阻抗很高。如果變送器距離器距離PLC較遠，通過線路間的分布電容和分布電感產生的干較遠，通過線路間的分

2、布電容和分布電感產生的干擾信號電流，在模塊的輸入阻抗上將產生較高的干擾電壓。例擾信號電流，在模塊的輸入阻抗上將產生較高的干擾電壓。例如如1 A干擾電流在干擾電流在10M 輸入阻抗上將產生輸入阻抗上將產生10V的干擾電壓信的干擾電壓信號，所以遠處傳送模擬量電壓信號時抗干擾能力很差。號，所以遠處傳送模擬量電壓信號時抗干擾能力很差。電流輸出型變送器具有恒流源的性質，內阻很大，輸入阻抗較電流輸出型變送器具有恒流源的性質，內阻很大，輸入阻抗較小小(例如例如250 )。線路上的干擾信號在模塊的輸入端阻抗上產。線路上的干擾信號在模塊的輸入端阻抗上產生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適合于遠程傳送。生的干擾

3、電壓很低，所以模擬量電流信號適合于遠程傳送。35.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)負反饋負反饋 閉環(huán)控制必須保證系統(tǒng)是負反饋，如果系統(tǒng)接成了正反饋，將會閉環(huán)控制必須保證系統(tǒng)是負反饋，如果系統(tǒng)接成了正反饋，將會失控，被控量會往單一方向增大或減小，給系統(tǒng)的安全帶來極大失控，被控量會往單一方向增大或減小，給系統(tǒng)的安全帶來極大的威脅。的威脅。閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋極性與很多因素有關，例如因為接線改變了閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋極性與很多因素有關，例如因為接線改變了變送器輸出電流或輸出電壓的極性，或改變了位移傳感器變送器輸出電流或輸出電壓的極性，或改變了位移傳感器(編碼編碼器器)的安裝方向，都會改變反饋的極

4、性。的安裝方向，都會改變反饋的極性。可以用下述方法來判斷反饋的極性：在調試是斷開可以用下述方法來判斷反饋的極性：在調試是斷開D/A轉換器和轉換器和執(zhí)行機構之間的連線，在開環(huán)狀態(tài)下運行執(zhí)行機構之間的連線，在開環(huán)狀態(tài)下運行PID控制程序?？刂破骺刂瞥绦颉？刂破髦杏蟹e分環(huán)節(jié)，因為反饋被斷開了，不能消除余差，中有積分環(huán)節(jié)，因為反饋被斷開了，不能消除余差，D/A轉換器轉換器的輸出電壓會向一個方向變化。這時如果接上執(zhí)行器，能減小誤的輸出電壓會向一個方向變化。這時如果接上執(zhí)行器，能減小誤差，則為負反饋，反之為正反饋。差，則為負反饋，反之為正反饋。45.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制的優(yōu)點

5、控制的優(yōu)點 l不需要被控對象的數學模型不需要被控對象的數學模型l結構簡單，容易實現結構簡單，容易實現l有較強的靈活性和適應性有較強的靈活性和適應性l使用方便使用方便55.2 PID控制器的數字化控制器的數字化 PID調節(jié)器D/A被控對象測量元件sp(n)e(n)M(n)c(t)pv(t)+-執(zhí)行機構變送器A/DM(t)pv(n)11()()nnCnIjinitialDnnjMK eKeMKee1()()nCnInDnnMK eK eMXKeePLC周期性地執(zhí)行周期性地執(zhí)行PID控制程序，執(zhí)行的周期稱為采用周期控制程序，執(zhí)行的周期稱為采用周期Ts。65.3 PID_Compact指令指令 S7-

6、1200使用使用PID_Compact指令來實現指令來實現PID控制，該指令的背景數控制，該指令的背景數據塊稱為據塊稱為PID_Compact工藝對象。工藝對象。PID控制器具有參數自調節(jié)功控制器具有參數自調節(jié)功能和自動、手動模式。能和自動、手動模式。PID控制器連續(xù)地采集測量的被控制變量的實際值控制器連續(xù)地采集測量的被控制變量的實際值(簡稱為實際值簡稱為實際值或輸入值或輸入值)，并與期望的設定值比較，根據得到的誤差，計算輸，并與期望的設定值比較，根據得到的誤差，計算輸出，使被控變量盡可能快地接近設定值或進入穩(wěn)態(tài)。出，使被控變量盡可能快地接近設定值或進入穩(wěn)態(tài)。75.3 PID_Compact指

7、令指令生成一個新項目生成一個新項目 1/2 添加一個添加一個PLC設備，將硬件目錄中的設備，將硬件目錄中的AO信號板托到信號板托到CPU中，設中，設置其輸出為置其輸出為 10V電壓：電壓：85.3 PID_Compact指令指令生成一個新項目生成一個新項目 2/2 集成的模擬量輸入的集成的模擬量輸入的0號通道的量程為默認的號通道的量程為默認的0 10V：95.3 PID_Compact指令指令生成循環(huán)中斷組織塊生成循環(huán)中斷組織塊 調用調用PID_Compact的時間間隔稱為采樣時間，為了保證精確的采的時間間隔稱為采樣時間，為了保證精確的采樣時間，用固定的時間間隔執(zhí)行樣時間，用固定的時間間隔執(zhí)行

8、PID指令，在循環(huán)中斷指令，在循環(huán)中斷OB中調用中調用PID_Compact指令。指令。建立循環(huán)組織塊建立循環(huán)組織塊OB200，設置循環(huán)時間間隔為，設置循環(huán)時間間隔為300ms。10打開任務卡的打開任務卡的“擴展指令擴展指令”窗口的窗口的PID文件夾，將其中的文件夾，將其中的“PID_Compact”指令拖放到指令拖放到OB200中，將默認的背景數據塊的中，將默認的背景數據塊的名稱改為名稱改為PID_DB。5.3 PID_Compact指令指令調用調用PID_Compact指令指令 1/2115.3 PID_Compact指令指令調用調用PID_Compact指令指令 2/2在程序塊的文件夾中

9、生成名為在程序塊的文件夾中生成名為“PID_Compact”的功能塊的功能塊FB1130，生成的背景數據塊，生成的背景數據塊PID_DB在項目樹的文件夾在項目樹的文件夾“工藝對工藝對象象”中。中。125.3 PID_Compact指令指令PID_Compact指令的模式指令的模式 1/21)未激活模式未激活模式PID Compact工藝對象被組態(tài)并首次下載到工藝對象被組態(tài)并首次下載到CPU后，后，PID控制控制器處于未激活器處于未激活(Inactive)模式，此時需要在調試窗口進行首次啟模式，此時需要在調試窗口進行首次啟動自調節(jié)。動自調節(jié)。在運行時出現錯誤，或者點擊了調試窗口的在運行時出現錯誤

10、，或者點擊了調試窗口的“停止測量停止測量”按鈕，按鈕，PID控制器將進入未激活模式?？刂破鲗⑦M入未激活模式。選擇其他運行模式時，活動狀態(tài)的錯誤被確認。選擇其他運行模式時，活動狀態(tài)的錯誤被確認。2)自動調節(jié)模式自動調節(jié)模式打開打開PID調試窗口，可以選擇進入首次啟動自調節(jié)模式或運行調試窗口，可以選擇進入首次啟動自調節(jié)模式或運行中自調節(jié)模式。中自調節(jié)模式。135.3 PID_Compact指令指令PID_Compact指令的模式指令的模式 2/23)自動模式自動模式在自動模式，在自動模式，PID Compact工藝對象根據設置的工藝對象根據設置的PID參數進行參數進行閉環(huán)控制。滿足下列調節(jié)之一時，

11、控制器將進入自動模式：閉環(huán)控制。滿足下列調節(jié)之一時，控制器將進入自動模式：l 成功地完成了首次啟動自調節(jié)和運行中自調節(jié)的任務；成功地完成了首次啟動自調節(jié)和運行中自調節(jié)的任務；l 在組態(tài)窗口中選中了在組態(tài)窗口中選中了“使用手動使用手動PID參數設置參數設置”復選框復選框4)手動模式手動模式在手動模式下，在手動模式下，PID控制的輸出變量用手動設置。滿足下列調控制的輸出變量用手動設置。滿足下列調節(jié)之一，控制器將進入手動模式：節(jié)之一，控制器將進入手動模式：指令的輸入參數指令的輸入參數“ManualEnable”(啟用手動啟用手動)為為1狀態(tài)。狀態(tài)。在調試窗口選中了在調試窗口選中了“手動手動”復選框。

12、復選框。145.3 PID_Compact指令指令組態(tài)基本參數組態(tài)基本參數 1/2選中反作用控制器，用來保證負反饋選中選中“PID_Compact”指令，然后選中巡視窗口左邊的指令，然后選中巡視窗口左邊的“基本參基本參數數”，在右邊窗口設置，在右邊窗口設置PID的基本參數。的基本參數。155.3 PID_Compact指令指令組態(tài)基本參數組態(tài)基本參數 2/2選擇來自用戶程序或外設輸入“Tag_11”和和“Tag_12”分別時分別時IW64(CPU集成的模擬量輸入通集成的模擬量輸入通道道0)和和QW80(1AO信號板的模擬量輸出信號板的模擬量輸出)。165.3 PID_Compact指令指令組態(tài)

13、輸入標定組態(tài)輸入標定模擬量的實際值模擬量的實際值(或來自用戶程序的輸入值或來自用戶程序的輸入值)為為0.0% 100.0%時，時，A/D轉換后的數字為轉換后的數字為0.0 27648.0?？梢栽O置輸入的上限和下限，在運行時一旦超過上限或低于下可以設置輸入的上限和下限，在運行時一旦超過上限或低于下限，停止正常控制，輸出值被設置為限，停止正?？刂?，輸出值被設置為0。175.3 PID_Compact指令指令組態(tài)高級設置組態(tài)高級設置-輸入監(jiān)視輸入監(jiān)視為了設置為了設置PID的高級參數，打開項目樹中的文件夾的高級參數，打開項目樹中的文件夾“PLC_1工工藝對象藝對象PID_DB”，雙擊，雙擊“組態(tài)組態(tài)”

14、，打開，打開PID_Compact對象；或對象；或者點擊者點擊PID_Compact指令右上角的指令右上角的 圖標，也可打開圖標，也可打開PID組態(tài)組態(tài)對話框。對話框。運行時如果輸入值超過設置的上限值或低于下限值，指令的運行時如果輸入值超過設置的上限值或低于下限值，指令的bool輸出參數輸出參數“InputWarning_H”或或“InputWarning_L”將變?yōu)閷⒆優(yōu)?.185.3 PID_Compact指令指令組態(tài)高級設置組態(tài)高級設置-PWM監(jiān)視監(jiān)視該設置影響指令的輸出變量該設置影響指令的輸出變量“Output_PWM”。PWM的開關量輸出受的開關量輸出受“PID_Compact”指令

15、的控制，與指令的控制，與CPU集集成的脈沖發(fā)生器無關。成的脈沖發(fā)生器無關。195.3 PID_Compact指令指令組態(tài)高級設置組態(tài)高級設置-輸出限制輸出限制設置輸出變量的限制值，使手動模式或自動模式時設置輸出變量的限制值，使手動模式或自動模式時PID的輸出值的輸出值不超過上限和低于下限。不超過上限和低于下限。用用Output_PWM作作PID的輸出值時，只能控制正的輸出變量。的輸出值時，只能控制正的輸出變量。205.3 PID_Compact指令指令組態(tài)高級設置組態(tài)高級設置-PID參數參數215.3 PID_Compact指令指令用用PID指令設置參數指令設置參數可以在可以在PID指令上直接

16、輸入指令的參數，未設置指令上直接輸入指令的參數，未設置(采用默認值采用默認值)的的參數為灰色。參數為灰色。點擊指令框下面向下的箭頭，點擊指令框下面向下的箭頭，將顯示更多的參數；將顯示更多的參數；點擊向上的箭頭，將不顯示點擊向上的箭頭，將不顯示指令中灰色的參數；指令中灰色的參數；點擊某個參數的實參，可以點擊某個參數的實參，可以直接輸入地址或常數。直接輸入地址或常數。225.3 PID_Compact指令指令PID指令的輸入變量指令的輸入變量參數名稱參數名稱數據數據類型類型說說 明明默認值默認值SetpointReal自動模式的控制器設定值自動模式的控制器設定值0.0InputReal作為實際值作

17、為實際值(即反饋值即反饋值)來源的用戶來源的用戶程序的變量程序的變量0.0Input_PERWord作為實際值來源的模擬量輸入作為實際值來源的模擬量輸入W#16#0ManualEnable Bool上升沿選擇手動模式，下降沿選上升沿選擇手動模式，下降沿選擇最近激活的操作模式擇最近激活的操作模式FALSEManualValueReal手動模式的手動模式的PID輸出變量輸出變量0.0ResetBool重新啟動控制器，重新啟動控制器，1進入未激活模進入未激活模式，控制器輸出變量為式，控制器輸出變量為0，臨時值，臨時值被復位，被復位，PID參數保持不變參數保持不變FALSE235.3 PID_Comp

18、act指令指令PID指令的輸出變量指令的輸出變量參數名稱數據類型說 明默認值ScaleinputReal經比例縮放的實際值的輸出0.0OutputReal用于控制器輸出的用戶程序變量0.0Output_PERWordPID控制器的模擬量輸出W#16#0Output_PWMBool使用PWM的控制器開關輸出FALSESetpointLimit_H Bool1時設定值的絕對值達到或超過上限FALSESetpointLimit_L Bool1時設定值的絕對值達到或低于下限FALSEInputWarning_H Bool1時實際值達到或超過報警上限FALSEInputWarning_L Bool1時實

19、際值達到或低于報警下限FALSEStateIntPID控制器的當前運行模式：04分別表示未激活、首次啟動自調節(jié)、運行中自調節(jié)、自動、手動模式16#0000ErrorDWord錯誤信息：0沒有錯誤；非0有1個或多個錯誤，控制器進入未激活模式245.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器調試窗口調試窗口255.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器調試窗口的功能調試窗口的功能1)使用使用“首次啟動自調節(jié)首次啟動自調節(jié)”功能優(yōu)化控制器；功能優(yōu)化控制器；2)使用使用“運行中自調節(jié)運行中自調節(jié)”功能優(yōu)化控制器，可以實現最佳調節(jié)；功能優(yōu)化控制器，可以實現最佳調節(jié)；3)用趨勢視圖監(jiān)視

20、當前的閉環(huán)控制；用趨勢視圖監(jiān)視當前的閉環(huán)控制；4)通過手動設置控制器的輸出值來測試過程。通過手動設置控制器的輸出值來測試過程。265.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器基本操作基本操作1. 用下拉式列表用下拉式列表設置采樣時間設置采樣時間2. PC與與PLC建立好通信連接后，點擊建立好通信連接后，點擊“啟動測量啟動測量”，開始用趨勢圖記錄，開始用趨勢圖記錄3. 點擊點擊“停止測量停止測量”，結束調試功能。可以用，結束調試功能?？梢杂泌厔輬D中的曲線來分析趨勢圖中的曲線來分析PID控制的效果?？刂频男Ч?。 關閉調試窗口后，趨勢圖中的記錄被停止，記錄的數據被刪除。關閉調試窗口后，趨勢

21、圖中的記錄被停止，記錄的數據被刪除。275.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器顯示模式顯示模式Strip(連續(xù)顯示連續(xù)顯示)：新的趨勢值從趨勢區(qū)的右邊進入，較早的趨：新的趨勢值從趨勢區(qū)的右邊進入，較早的趨勢值移動到趨勢區(qū)的最左邊位置，時間軸不能移動。勢值移動到趨勢區(qū)的最左邊位置，時間軸不能移動。Scope(區(qū)域跳躍顯示，示波器圖區(qū)域跳躍顯示，示波器圖)：新的趨勢值從趨勢區(qū)的左邊開始往右邊移：新的趨勢值從趨勢區(qū)的左邊開始往右邊移動，達到趨勢區(qū)的右邊緣時，監(jiān)控區(qū)往右移動一個視圖寬度，時間軸上的時動，達到趨勢區(qū)的右邊緣時，監(jiān)控區(qū)往右移動一個視圖寬度，時間軸上的時間值隨之而變。原有的趨

22、勢曲線消失，新的趨勢值又從左邊出現。間值隨之而變。原有的趨勢曲線消失，新的趨勢值又從左邊出現。Sweep(滾動顯示滾動顯示)：趨勢曲線固定不變，出現一根從左往右移動的垂直線，直：趨勢曲線固定不變，出現一根從左往右移動的垂直線，直線左邊的背景色為白色，是新出現的趨勢值，直線右邊的背景色為淺綠色，是線左邊的背景色為白色，是新出現的趨勢值，直線右邊的背景色為淺綠色，是原來的趨勢值。垂直線移動到最右邊后，返回最左邊，又往右移動。時間軸不原來的趨勢值。垂直線移動到最右邊后，返回最左邊，又往右移動。時間軸不能移動。能移動。Static(靜態(tài)區(qū)域顯示靜態(tài)區(qū)域顯示)：趨勢視圖的寫入被中斷，在后臺記錄新的趨勢值

23、。顯：趨勢視圖的寫入被中斷，在后臺記錄新的趨勢值。顯示的是趨勢的歷史曲線，時間軸可以在整個記錄區(qū)間移動。示的是趨勢的歷史曲線，時間軸可以在整個記錄區(qū)間移動。285.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器移動坐標軸與改變坐移動坐標軸與改變坐標軸的比例標軸的比例可以將坐標軸鎖死或解除閉鎖?？梢詫⒆鴺溯S鎖死或解除閉鎖。拉伸或壓縮時間軸拉伸或壓縮時間軸拉伸或壓縮左邊的設定值拉伸或壓縮左邊的設定值/輸入值軸和右邊的控制器輸入值軸和右邊的控制器輸出變量軸輸出變量軸295.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器標尺標尺使用標尺可以分析趨勢曲線上離散的值。垂直標尺在趨勢區(qū)的最使用標尺可

24、以分析趨勢曲線上離散的值。垂直標尺在趨勢區(qū)的最左邊，水平的標尺在趨勢區(qū)的最上面。左邊，水平的標尺在趨勢區(qū)的最上面。將鼠標放在趨勢區(qū)的最左邊，光標變?yōu)槿耸值男螤睿醋∈髽俗髮⑹髽朔旁谮厔輩^(qū)的最左邊，光標變?yōu)槿耸值男螤?，按住鼠標左鍵，可以左右拖動垂直標尺。標尺與鍵，可以左右拖動垂直標尺。標尺與3條曲線的交點處的垂直坐條曲線的交點處的垂直坐標出現在交點附件標尺的右邊。標尺與趨勢區(qū)下邊緣的交點處出標出現在交點附件標尺的右邊。標尺與趨勢區(qū)下邊緣的交點處出現標尺所在處的時間值?，F標尺所在處的時間值?？梢杂檬髽送戏懦龆喔怪睒顺叩节厔輩^(qū)，最后拖放的標尺是活可以用鼠標拖放出多根垂直標尺到趨勢區(qū)，最后拖放的標尺

25、是活動的，用深色表示。其余的標尺是不活動的，用灰色顯示。點擊動的，用深色表示。其余的標尺是不活動的，用灰色顯示。點擊不活動標尺，可以將它變?yōu)榛顒拥臉顺摺０醋〔换顒訕顺?，可以將它變?yōu)榛顒拥臉顺?。按住ALT后點擊標尺，后點擊標尺，可以消除它。可以消除它。305.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器首次啟動自調節(jié)首次啟動自調節(jié) 1/2該模式要求的調節(jié)：該模式要求的調節(jié)：1)在循環(huán)中斷在循環(huán)中斷OB中調用中調用“PID_Compact”指令；指令；2)建立與建立與CPU的在線連接，的在線連接，CPU在在RUN模式；模式；3)點擊點擊“啟動測量啟動測量”，激活調試視圖的功能；，激活調試視圖

26、的功能；4)未選中未選中“手動手動”復選框；復選框；5)設定值與實際值在組態(tài)的限制值之內；設定值與實際值在組態(tài)的限制值之內；5)設定值與實際值的差值大于設定值與實際值的差值大于50%。315.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器首次啟動自調節(jié)首次啟動自調節(jié) 2/2操作步驟如下：操作步驟如下：1)用單選框選中調試窗口的用單選框選中調試窗口的“優(yōu)化優(yōu)化”區(qū)的區(qū)的“首次啟動自調節(jié)首次啟動自調節(jié)”；2)點擊點擊“首次啟動自調節(jié)首次啟動自調節(jié)”，啟動自調節(jié)，啟動自調節(jié)，“狀態(tài)狀態(tài)”域顯示當域顯示當前的步驟和可能出現的錯誤，前的步驟和可能出現的錯誤，“進度進度”域顯示當前步驟的進展。域顯示當前步驟的進展。如果自調節(jié)沒有出錯，如果自調節(jié)沒有出錯，PID的參數被優(yōu)化，將的參數被優(yōu)化，將PID控制器切換到控制器切換到自動模式，使用優(yōu)化的參數。上電和重新啟動自動模式，使用優(yōu)化的參數。上電和重新啟動CPU時，優(yōu)化的時，優(yōu)化的參數被保持。參數被保持。325.4 用調試窗口整定用調試窗口整定PID控制器控制器運行中自調節(jié)運行中自調節(jié)該模式要求的條件與首次啟動自調節(jié)模式的基本相同，區(qū)別在于該模式要求的條件與首次啟動自調節(jié)模式的基本相同，區(qū)別在于