關(guān)于西門(mén)子S PID編程學(xué)習(xí)心得

1、關(guān)于西門(mén)子S7-200PID編程學(xué)習(xí)心得1. 注意區(qū)分輸入端接的是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)；輸出端是電流信號(hào)還是電壓信號(hào)。在模擬模塊上不同信號(hào)下的接線方式。2. 了解信號(hào)輸入元件相關(guān)資料：如使用溫度變送器，要了解溫度變送器測(cè)量范圍，如0100；輸出電流范圍420mA；分度號(hào)是什么，如PT100；接線原理圖等。相關(guān)輸入元件；輸出元件在模擬模塊上的接線方式。其他如工程要求的精度是多少等。3. 關(guān)于PID設(shè)定值(VD204)確認(rèn)：假定我們將控制溫度定位23.5；以單極性為例，首先應(yīng)確定輸入信號(hào)是010V電壓信號(hào)還是420mA電流信號(hào)？，這在PID設(shè)定值中非常重要。如是010V電壓輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)032000

2、，溫度范圍0100，設(shè)定值為可直接算出: VD204=23.5/（100-0）=0.235；若是電流420mA，其對(duì)應(yīng)數(shù)值應(yīng)為640032000，溫度范圍0100，則設(shè)定值應(yīng)為0.388。原因：模擬模塊中032000對(duì)應(yīng)020mA；其中640032000對(duì)應(yīng)420mA對(duì)應(yīng)0100；這就必須進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，23.5電流計(jì)算方式：（20-4）：（100-0）=（X-4）:23.5;解方程：X=7.76(mA)。設(shè)定值：VD204=7.76/20=0.388.4. 關(guān)于PID輸出值(VD208)確認(rèn)：以單極性為例，應(yīng)確定輸出信號(hào)是010V電壓信號(hào)還是420mA電流信號(hào)對(duì)應(yīng)著032000？若是輸出信號(hào)

3、AQW0對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)，比如010V，則AQW0=（實(shí)數(shù)VD208*32000在轉(zhuǎn)化成整數(shù)）即可；若是輸出信號(hào)AQW0對(duì)應(yīng)電流信號(hào)，比如420 mA，則AQW0=（實(shí)數(shù)VD208*32000在轉(zhuǎn)化成整數(shù)+6400）。5. 關(guān)于PID恒溫控制實(shí)際：通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)可知：PID恒溫控制是圍繞著設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。若設(shè)定溫度為23.5；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，加溫蒸汽調(diào)節(jié)閥始終處于全部打開(kāi)狀態(tài)，；當(dāng)溫度達(dá)到23.5，加溫用的蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)始逐漸關(guān)閉，在關(guān)閉過(guò)程中，溫度有可能仍在漸漸上升，溫度偏離越大，關(guān)閉速度越快；知道全部關(guān)閉為止；當(dāng)溫度再次低于設(shè)定值時(shí)，加溫蒸汽調(diào)節(jié)閥則會(huì)逐漸打開(kāi)，打開(kāi)速度取決于溫度偏離值的大小

4、，偏離越大，打開(kāi)速度越快；直到溫度再次達(dá)到設(shè)定值。若溫度長(zhǎng)時(shí)間未達(dá)到設(shè)定值，調(diào)節(jié)功能會(huì)將調(diào)節(jié)閥全部打開(kāi)，這就是我所觀察到的PID恒溫控制情況。所以，我們可以根據(jù)實(shí)控情況進(jìn)行必要的編程，有效的利用低于設(shè)定值時(shí)PID控制時(shí)段；切斷高于設(shè)定值部分的PID控制，在溫度高于設(shè)定值后，即可根據(jù)生產(chǎn)要求干脆部分或全部關(guān)閉加溫閥。以防溫度上升過(guò)高。來(lái)求得優(yōu)越的溫控效果。西門(mén)子SIEMENS S7-200CPU PID控制圖解之二點(diǎn)擊數(shù)：103 發(fā)布時(shí)間：2009年9月27日 來(lái)源： 常問(wèn)問(wèn)題1做完 PID 向?qū)Ш螅绾沃老驅(qū)е性O(shè)定值，過(guò)程值及 PID 等參數(shù)所用的地址？ 做完 PID 向?qū)Ш罂稍?Symbo

5、l Table（符號(hào)表）中，查看 PID 向?qū)傻姆?hào)表(上例中為 PID0_SYM)，可看到各參數(shù)所用的詳細(xì)地址，及數(shù)值范圍。 在 Data Block（數(shù)據(jù)塊）中，查看 PID 指令回路表的相關(guān)參數(shù)。如圖所示：圖 12. PID 數(shù)據(jù)塊 2、做完 PID 向?qū)Ш螅绾卧谡{(diào)試中修改 PID 參數(shù)？ 可以在 Status Chart（狀態(tài)表）中，輸入相應(yīng)的參數(shù)地址，然后在線寫(xiě)入用戶需要的 PID 參數(shù)數(shù)值，這樣用戶就可根據(jù)工藝需要隨時(shí)對(duì) PID 參數(shù)、設(shè)定值等進(jìn)行調(diào)整。 3、PID 已經(jīng)調(diào)整合適，如何正式確定參數(shù)？ 可以在 Data Block（數(shù)據(jù)塊）中直接寫(xiě)入?yún)?shù)。4、做完 PID 向

6、導(dǎo)后，能否查看 PID 生成的子程序，中斷程序？ PID 向?qū)傻淖映绦?，中斷程序用戶是無(wú)法看到的，也不能對(duì)其進(jìn)行修改。沒(méi)有密碼能夠打開(kāi)這些子程序，一般的應(yīng)用也沒(méi)有必要打開(kāi)查看。5、PID 參數(shù)有經(jīng)驗(yàn)值嗎？ 每一個(gè)項(xiàng)目的 PID 參數(shù)都不一樣，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，只能現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試獲得。6、我的 PID 向?qū)傻某绦驗(yàn)楹尾粓?zhí)行？ 必須保證用 SM0.0 無(wú)條件調(diào)用 PID0_INIT 程序 在程序的其它部分不要再使用 SMB34 定時(shí)中斷，也不要對(duì) SMB34 賦值 7、如何實(shí)現(xiàn) PID 反作用調(diào)節(jié)？ 在有些控制中需要 PID 反作用調(diào)節(jié)。例如：在夏天控制空調(diào)制冷時(shí)，若反饋溫度（過(guò)程值）低于設(shè)定溫度，

7、需要關(guān)閥，減小輸出控制（減少冷水流量等），這就是 PID 反作用調(diào)節(jié)（在 PID 正作用中若過(guò)程值小于設(shè)定值，則需要增大輸出控制）。若想實(shí)現(xiàn) PID 反作用調(diào)節(jié)，需要把 PID 回路的增益設(shè)為負(fù)數(shù)。對(duì)于增益為 0 的積分或微分控制來(lái)說(shuō)，如果指定積分時(shí)間、微分時(shí)間為負(fù)值，則是反作用回路。8、如何根據(jù)工藝要求有選擇地投入 PID 功能？ 可使用“手動(dòng)/自動(dòng)”切換的功能。PID 向?qū)傻?PID 功能塊只能使用 SM0.0 的條件調(diào)用。PID Wizard 中的給定反饋設(shè)置 完成 PID Wizard 組態(tài)后，會(huì)為每個(gè) PID 回路生成一個(gè)子程序 PIDx_INIT（x = 0 - 7）。在用戶程

8、序中，必須使用 SM0.0 始終調(diào)用這個(gè)子程序才能實(shí)現(xiàn) PID 功能。下圖是一個(gè)最簡(jiǎn)單的 PID 子程序調(diào)用程序段： 圖 1. 調(diào)用 PID 子程序 其中： PV_I： 過(guò)程反饋參數(shù)值的入口 Setpoint： 給定參數(shù)值的入口 Output： PID 調(diào)節(jié)器的輸出值 在這里，給定、反饋的入口參數(shù)不是 PID 指令功能塊所需要的 0.0 - 1.0 之間的實(shí)數(shù)，而可以是實(shí)際的反饋地址，或是其他變量。例如，PV_I 可以是模擬量輸入地址AIW0，也可以是存儲(chǔ)器地址 VW100 等；Setpoint 則往往來(lái)自 V 變量存儲(chǔ)區(qū)，這樣可以從人機(jī)操作界面（HMI）設(shè)備輸入給定值。注意：對(duì)于 PID 控

9、制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須保證給定與過(guò)程反饋的一致性：給定與反饋的物理意義一致這取決于被控制的對(duì)象，如果是壓力，則給定也必須對(duì)應(yīng)于壓力值；如果是溫度，則給定也必須對(duì)應(yīng)于溫度。給定與反饋的數(shù)值范圍對(duì)應(yīng)如果給定直接是攝氏溫度值，則反饋必須是對(duì)應(yīng)的攝氏溫度值；如果反饋直接使用模擬量輸入的對(duì)應(yīng)數(shù)值，則給定也必須向反饋的數(shù)值范圍換算。如果給定與反饋的換算有特定的比例關(guān)系也可以。如給定也可以表示為以反饋的數(shù)值范圍的百分比數(shù)值。 給定與反饋的數(shù)值具體是什么數(shù)值，其取值范圍究竟如何，完全取決于我們?cè)谑褂谩癙ID 向?qū)А本幊虝r(shí)指定的給定與反饋的數(shù)值范圍。其中，反饋量的數(shù)值范圍不能隨便自己定義，而要取決于具體應(yīng)用的模擬量輸

10、入模塊。圖 2. 在圖中 a.處設(shè)置給定范圍 圖 3. 在圖中 b.處設(shè)置反饋范圍假定一個(gè) PID 控制系統(tǒng)的控制對(duì)象是壓力，反饋元件的測(cè)量范圍為 0 - 16MPa。反饋器件的信號(hào)經(jīng)過(guò)變換，以 0 - 20mA（或 4 - 20mA）電流信號(hào)的形式輸入到 EM231 模擬量輸入模塊中。據(jù)此，我們可以按下表設(shè)置給定、反饋的范圍。 表1n為比例系數(shù)，為了精度高些可以設(shè)置 n=10 等等 又如一個(gè)溫度控制的 PID 系統(tǒng)，溫度值直接由熱電偶測(cè)量，輸入到 EM231 TC（熱電偶）模塊轉(zhuǎn)換為溫度值。熱電偶為 J 型，其測(cè)量范圍為 -150.0C - 1200.0 C。則可按如下設(shè)置給定的范圍。 表

11、2.在上面的例子中，反饋和給定可以按照如下方法設(shè)置圖 4. 反饋范圍設(shè)置圖 5 給定范圍設(shè)置 PID 自整定新的 S7-200 CPU 支持 PID 自整定功能，在 STEP 7-Micro/WIN V4.0 中也添加了 PID 調(diào)節(jié)控制面板。用戶可以使用用戶程序或 PID 調(diào)節(jié)控制面板來(lái)啟動(dòng)自整定功能。在同一時(shí)間最多可以有 8 個(gè) PID 回路同時(shí)進(jìn)行自整定。PID 調(diào)節(jié)控制面板也可以用來(lái)手動(dòng)調(diào)試?yán)习姹镜模ú恢С?PID 自整定）CPU 的 PID 控制回路。用戶可以根據(jù)工藝要求為調(diào)節(jié)回路選擇快速響應(yīng)、中速響應(yīng)、慢速響應(yīng)或極慢速響應(yīng)。PID 自整定會(huì)根據(jù)響應(yīng)類型而計(jì)算出最優(yōu)化的比例、積分、微

12、分值，并可應(yīng)用到控制中。 PID 調(diào)節(jié)控制面板STEP 7-Micro/WIN V4.0 中提供了一個(gè) PID 調(diào)節(jié)控制面板，可以用圖形方式監(jiān)視 PID回路的運(yùn)行，另外從面板中還可以啟動(dòng)、停止自整定功能。圖 1. PID 調(diào)節(jié)控制面板在圖 1 中：a.過(guò)程值指示顯示過(guò)程變量的值及其棒圖b.當(dāng)前的輸出值指示顯示當(dāng)前使用的設(shè)定值、采樣時(shí)間、PID 參數(shù)值及顯示當(dāng)前的輸出值和棒圖c.可顯示過(guò)程值、設(shè)定值及輸出值的 PID 趨勢(shì)圖A.過(guò)程變量和設(shè)定值的取值范圍及刻度 B.PID 輸出的取值范圍及刻度 C.實(shí)際 PC 時(shí)間 D.以不同顏色表示的設(shè)定值、過(guò)程變量及輸出的趨勢(shì)圖d.調(diào)節(jié)參數(shù)這里你可以： o

13、選擇 PID 參數(shù)的顯示：當(dāng)前參數(shù)（Current）、推薦參數(shù)（Suggested）、手動(dòng)輸入（Manual) o 在Manual 模式下，可改變 PID 參數(shù)，并按 Update PLC 按鈕來(lái)更新 PLC 中的參數(shù) o 啟動(dòng) PID 自整定功能 o 選擇 Advanced（高級(jí)）按鈕進(jìn)入高級(jí)參數(shù)設(shè)定e.當(dāng)前的 PID 回路號(hào)這里你可以選擇需要監(jiān)視或自整定的 PID 回路 f.時(shí)間選項(xiàng)設(shè)定這里你可以設(shè)定趨勢(shì)圖的時(shí)基，時(shí)基以分為單位 g.圖例顏色這里你可以看到趨勢(shì)圖中不同的顏色代表不同的值的趨勢(shì)h.幫助按鈕i.PID 信息顯示窗口 j.關(guān)閉 PID 調(diào)節(jié)面板 要使用 PID 調(diào)節(jié)控制面板，PI

14、D 編程必須使用 PID 向?qū)瓿伞?PID 自整定步驟第一步：在 PID Wizard (向?qū)В┲型瓿?PID 功能組態(tài)要想使用 PID 自整定功能，PID 編程必須用 PID 向?qū)?lái)完成 第二步：打開(kāi) PID 調(diào)節(jié)控制面板，設(shè)置 PID 回路調(diào)節(jié)參數(shù)在 Micro/WIN V4.0 在線的情況下，從主菜單 Tools PID Tune Control Panel 或點(diǎn)擊進(jìn)入 PID 調(diào)節(jié)控制面板中，如果面板沒(méi)有被激活（所有地方都是灰色），可點(diǎn)擊 Configure（配置）按鈕運(yùn)行 CPU。在 PID 調(diào)節(jié)面板的 e.區(qū)選擇要調(diào)節(jié)的 PID 回路號(hào)，在 d.區(qū)選擇 Manual（手動(dòng)），調(diào)節(jié)

15、 PID 參數(shù)并點(diǎn)擊 Update（更新），使新參數(shù)值起作用，監(jiān)視其趨勢(shì)圖，根據(jù)調(diào)節(jié)狀況改變 PID 參數(shù)直至調(diào)節(jié)穩(wěn)定。為了使 PID 自整定順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)做到：使 PID 調(diào)節(jié)器基本穩(wěn)定，輸出、反饋?zhàn)兓骄?，并且使反饋比較接近給定 設(shè)置合適的給定值，使 PID 調(diào)節(jié)器的輸出遠(yuǎn)離趨勢(shì)圖的上、下坐標(biāo)軸，以免 PID 自整定開(kāi)始后輸出值的變化范圍受限制 參見(jiàn)：手動(dòng)調(diào)整 PID 回路參數(shù)圖 3. 設(shè)置 PID 自整定高級(jí)選項(xiàng)在此允許你設(shè)定下列參數(shù)：a.你可以選中復(fù)選框，讓自整定來(lái)自動(dòng)計(jì)算死區(qū)值和偏移值對(duì)于一般的 PID 系統(tǒng)，建議使用自動(dòng)選擇。b.Hysteresis（滯回死區(qū)）：死區(qū)值規(guī)定了允許過(guò)

16、程值偏離設(shè)定值的最大（正負(fù)）范圍，過(guò)程反饋在這個(gè)范圍內(nèi)的變化不會(huì)引起 PID 自整定調(diào)節(jié)器改變輸出，或者使 PID 自整定調(diào)節(jié)器“認(rèn)為”這個(gè)范圍內(nèi)的變化是由于自己改變輸出進(jìn)行自整定調(diào)節(jié)而引起的。PID 自整定開(kāi)始后，只有過(guò)程反饋值超出了該區(qū)域，PID 自整定調(diào)節(jié)器才會(huì)認(rèn)為它對(duì)輸出的改變發(fā)生了效果。這個(gè)值用來(lái)減少過(guò)程變量的噪聲對(duì)自整定的干擾，從而更精確地計(jì)算出過(guò)程系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率。如果選用自動(dòng)計(jì)算，則缺省值為 2。如果過(guò)程變量反饋干擾信號(hào)較強(qiáng)（噪聲大）自然變化范圍就大，可能需要人為設(shè)置一個(gè)較大的值。但這個(gè)值的改變要與下面的偏差值保持 1:4 的關(guān)系。c.Deviation（偏差）：偏差值決定了

17、允許過(guò)程變量偏離設(shè)定值的峰峰值。如果選擇自動(dòng)計(jì)算該值，它將是死區(qū)的 4 倍，即 8。有些非常敏感的系統(tǒng)不允許過(guò)程量偏離給定值很多，也可以人工設(shè)置為比較小的值，但是要和上述“死區(qū)”設(shè)置保持比例關(guān)系。這就是說(shuō)，一個(gè)精度要求高的系統(tǒng)，其反饋信號(hào)必須足夠穩(wěn)定。d.Initial Output Step（初始步長(zhǎng)值）：PID 調(diào)節(jié)的初始輸出值PID 自整定開(kāi)始后，PID 自整定調(diào)節(jié)器將主動(dòng)改變 PID 的輸出值，以觀察整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)。初始步長(zhǎng)值就是輸出的變動(dòng)第一步變化值，以占實(shí)際輸出量程的百分比表示。e.Watchdog Time（看門(mén)狗時(shí)間）：過(guò)程變量必須在此時(shí)間（時(shí)基為秒）內(nèi)達(dá)到或穿越給定值，否則會(huì)

18、產(chǎn)生看門(mén)狗超時(shí)錯(cuò)誤。PID 自整定調(diào)節(jié)器在改變輸出后，如果超過(guò)此時(shí)間還未觀察到過(guò)程反饋（從下至上或從上至下）穿越給定曲線，則超時(shí)。如果能夠事先確定實(shí)際系統(tǒng)響應(yīng)非常慢，可以加長(zhǎng)這個(gè)時(shí)間。f.動(dòng)態(tài)響應(yīng)選項(xiàng)：根據(jù)回路過(guò)程（工藝）的要求可選擇不同的響應(yīng)類型：快速、中速、慢速、極慢速 o 快速：可能產(chǎn)生超調(diào)，屬于欠阻尼響應(yīng)o 中速：在產(chǎn)生超調(diào)的邊緣，屬于臨界阻尼響應(yīng) o 慢速：不會(huì)產(chǎn)生任何超調(diào)，屬于過(guò)阻尼響應(yīng) o 極慢速：不會(huì)產(chǎn)生任何超調(diào)，屬于嚴(yán)重過(guò)阻尼響應(yīng)用戶在這里指定需要達(dá)到的系統(tǒng)控制效果，而不是對(duì)系統(tǒng)本身響應(yīng)快慢的判斷。g.設(shè)定完參數(shù)點(diǎn)擊 OK 鍵回到 PID 調(diào)節(jié)控制面板的主畫(huà)面 第四步：在手動(dòng)

19、將 PID 調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)后，即過(guò)程值與設(shè)定值接近，且輸出沒(méi)有不規(guī)律的變化，并最好處于控制范圍中心附近。此時(shí)可點(diǎn)擊 d.區(qū)內(nèi)的 Start Auto Tune 按鈕啟動(dòng) PID 自整定功能，這時(shí)按鈕變?yōu)?Stop Auto Tune。這時(shí)只需耐心等待，系統(tǒng)完成自整定后會(huì)自動(dòng)將計(jì)算出的 PID 參數(shù)顯示在 d.區(qū)。當(dāng)按鈕再次變?yōu)?Start AutoTune 時(shí)，表示系統(tǒng)已經(jīng)完成了 PID 自整定。要使用自整定功能，必須保證 PID 回路處于自動(dòng)模式。開(kāi)始自整定后，給定值不能再改變。第五步：如果用戶想將 PID 自整定的參數(shù)應(yīng)用到當(dāng)前 PLC 中，則只需點(diǎn)擊 UpdatePLC。 完成 PID

20、調(diào)整后，最好下載一次整個(gè)項(xiàng)目（包括數(shù)據(jù)塊），使新參數(shù)保存到 CPU 的EEPROM 中。 PID 自整定失敗的原因1.PID 輸出在最大值與最小值之間振蕩（曲線接觸到坐標(biāo)軸）解決方法：降低 PID 初始輸出步長(zhǎng)值（initial output step）2.經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，PID 自整定面板顯示如下信息：“ The Auto Tune algorithmwas aborted due to a zero-crossing watchdog timeout.” 即自整定計(jì)算因?yàn)榈却答伌┰浇o定值的看門(mén)狗超時(shí)而失敗。解決方法： 確定在啟動(dòng) PID 自整定前，過(guò)程變量和輸出值已經(jīng)穩(wěn)定。并檢查Watc

21、hdog Time 的值，將其適當(dāng)增大。對(duì)于其它錯(cuò)誤，可參考手冊(cè)中表 153 中的錯(cuò)誤代碼的描述。 如何獲得一個(gè)穩(wěn)定的 PID 回路在開(kāi)始 PID 自整定調(diào)整前，整個(gè) PID 控制回路必須工作在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。穩(wěn)定的 PID 是指過(guò)程變量接近設(shè)定值，輸出不會(huì)不規(guī)則的變化，且回路的輸出值在控制范圍中心附近變化。問(wèn)題與解決方法：1.PID 輸出總是輸出很大的值，并在這一區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)變化 產(chǎn)生原因：o 增益（Gain）值太高 o PID 掃描時(shí)間（sample time）太長(zhǎng)（對(duì)于快速響應(yīng) PID 的回路）解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時(shí)間2.過(guò)程變量超過(guò)設(shè)定值很多（超調(diào)很大

22、）產(chǎn)生原因：積分時(shí)間（Integral time)可能太高解決方法：降低積分時(shí)間3.得到一個(gè)非常不穩(wěn)定的 PID產(chǎn)生原因：o如果用了微分，可能是微分參數(shù)有問(wèn)題o沒(méi)有微分，可能是增益（Gain）值太高解決方法：o調(diào)整微分參數(shù)到 01 的范圍內(nèi) o根據(jù)回路調(diào)節(jié)特性將增益值降低，最低可從 0.x 開(kāi)始逐漸增大往上調(diào)，直到獲得穩(wěn)定的 PID。S7-200 PLC在PID閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1 引 言在工業(yè)生產(chǎn)中，常需要用閉環(huán)控制方式來(lái)控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，無(wú)論是使用模擬量控制器的模擬控制系統(tǒng)還是使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制都得到了廣泛應(yīng)用。PID控制器是比例-積

23、分-微分控制(Proportional-Integral-De-rivative)的簡(jiǎn)稱，其優(yōu)點(diǎn)是不需要精確的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，而且PID控制器的結(jié)構(gòu)典型、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工程上易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)調(diào)整方便。本文以西門(mén)子公司S7-200 PLC為例介紹PLC在PID閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。2 PLC實(shí)現(xiàn)PID控制的方式用PLC對(duì)模擬量進(jìn)行PID控制大致有如下幾種方法：(1)使用PID過(guò)程控制模塊：這種模塊的PID控制程序是PLC廠家設(shè)計(jì)的，并放在模塊中，用戶使用時(shí)只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便。(2)使用PID功能指令：它是用于PID控制的子程序，與模擬量輸入輸出模塊一起使

24、用，可以得到類似于使用PID過(guò)程控制的效果，但價(jià)格便宜得多。如S7-200的PID指令。(3)用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制：在沒(méi)有PID過(guò)程控制模塊和功能指令的情況下，仍希望采用某種改進(jìn)的PID控制算法，此時(shí)用戶需要自己編制PID控制程序。本文以西門(mén)子S7-200 PLC為例，說(shuō)明PID控制的原理及PLC的PID功能指令的使用及控制功能的實(shí)現(xiàn)。3 PLC PID控制器的實(shí)現(xiàn)3.1 PID控制器的數(shù)字化PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化，寫(xiě)成離散形式的PID方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)。在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1中sp(t

25、)是給定值；pv(t)為反饋量；c(t)為系統(tǒng)的輸出量，PID控制器的輸入輸出關(guān)系如式(1)所示：式中：M(t)為控制器輸出；Mo為輸出的初始值；e(t)=sp(t)-pv(t)為誤差信號(hào)；Kc為比例系數(shù)；T1為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。等號(hào)右邊前三項(xiàng)分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差的積分和微分成正比。如果取其中的1項(xiàng)或2項(xiàng)，可以組成P，PD或PI控制器。假設(shè)采樣周期為T(mén)S，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)刻為t=0，用矩形積分來(lái)近似精確積分，用差分近似精確微分，將式1離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出如式(2)所示：式中：en-1為第n-1次采樣時(shí)的誤差值；K1為積分系數(shù)；KD為微分系

26、數(shù)?；赑LC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示，圖中虛線部分在PLC內(nèi)，spn，pvn，en，Mn分別為模擬量sp(t)，pv(t)，e(t)，M(t)在第n次采樣的數(shù)字量。在許多控制系統(tǒng)中，可能只需要P，I，D中的1種或者2種控制類型。例如，可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過(guò)設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路控制類型進(jìn)行選擇。3.2 輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換PID控制有輸入量2個(gè)：給定值sp和過(guò)程變量pv。給定值通常是固定值，過(guò)程變量通常是經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到的被控量的實(shí)測(cè)值。給定值和過(guò)程變量都是和被控對(duì)象有關(guān)的值，對(duì)于不同的系統(tǒng)，它們的大小、范圍與工程單位有很大的不同。應(yīng)用PLC的PID指令對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算之前

27、，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù))。同樣，對(duì)于PID指令的輸出，在將其送給DA轉(zhuǎn)換器之前，也需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 回路輸入的轉(zhuǎn)換首先，將給定值或AD轉(zhuǎn)換后得到的整數(shù)值由16位整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，可以用下面的程序?qū)崿F(xiàn)這種轉(zhuǎn)換：然后，將實(shí)數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，可用式3對(duì)給定值及過(guò)程變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：式中：RNorm為標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值；RRaw為標(biāo)準(zhǔn)化前的值；offset為偏移量，對(duì)單極性變量為0.0，對(duì)雙極性變量為0.5；Span為取值范圍，等于變量的最大值減去最小值，單極性變量的典型值為32 000，雙極性變量的典型值為64 000。下面的程序?qū)⑸鲜鲛D(zhuǎn)換后得到的AC0中的雙極性數(shù)(其中span=64 000)轉(zhuǎn)換為0.01.0之間的實(shí)數(shù)的轉(zhuǎn)換程序?yàn)椋?.2.2 回路輸出的轉(zhuǎn)換回路輸出即PID控制器的