項目五PLC特殊功能模塊應(yīng)用任務(wù)三PID指令應(yīng)用

1、項目五PLC特殊功能模塊應(yīng)用任務(wù)三PID指令應(yīng)用 1.掌握掌握PID指令的基本應(yīng)用指令的基本應(yīng)用 2.熟悉熟悉PLC的日常維護(hù)的日常維護(hù) 3.應(yīng)用應(yīng)用PID指令進(jìn)行控制指令進(jìn)行控制 學(xué)時學(xué)時: 3: 5.8 5.6教學(xué)目的和要求教學(xué)目的和要求 目目 錄錄一、任務(wù)導(dǎo)入和分析一、任務(wù)導(dǎo)入和分析二、相關(guān)知識二、相關(guān)知識 PIDPID指令指令三、任務(wù)實施三、任務(wù)實施四、知識拓展四、知識拓展 PLCPLC的日常維護(hù)的日常維護(hù) 一、任務(wù)導(dǎo)入與分析一、任務(wù)導(dǎo)入與分析PLC圖圖5-18 溫度檢測和控制系統(tǒng)示意圖溫度檢測和控制系統(tǒng)示意圖 圖圖5-18所示為用所示為用PLC構(gòu)成溫度的檢測和控制構(gòu)成溫度的檢測和控制

2、系統(tǒng)示意圖。通過電壓加熱電熱絲產(chǎn)生溫度，溫系統(tǒng)示意圖。通過電壓加熱電熱絲產(chǎn)生溫度，溫度再通過溫度變送器變送為電壓。加熱電熱絲時度再通過溫度變送器變送為電壓。加熱電熱絲時根據(jù)加熱時間的長短可產(chǎn)生不一樣的熱能，這就根據(jù)加熱時間的長短可產(chǎn)生不一樣的熱能，這就需用到脈沖。輸入電壓不同就能產(chǎn)生不一樣的脈需用到脈沖。輸入電壓不同就能產(chǎn)生不一樣的脈寬，輸入電壓越大，脈寬越寬，通電時間越長，寬，輸入電壓越大，脈寬越寬，通電時間越長，熱能越大，溫度越高，輸出電壓就越高。熱能越大，溫度越高，輸出電壓就越高。 PID控制示意圖如圖控制示意圖如圖5-19所示。通過所示。通過PLC+AD+DA實現(xiàn)實現(xiàn)PID閉環(huán)控制，只

3、要比例，積分，微分閉環(huán)控制，只要比例，積分，微分系數(shù)取得合適，系統(tǒng)就容易穩(wěn)定，這些都可以通過系數(shù)取得合適，系統(tǒng)就容易穩(wěn)定，這些都可以通過PLC軟件編程來實現(xiàn)。軟件編程來實現(xiàn)。圖圖5 5-19 PID19 PID控制示意圖控制示意圖二、相關(guān)知識二、相關(guān)知識 PID指令指令 PID(比例比例-積分積分-微分微分)控制是一種自動控制方法，控制是一種自動控制方法，在過程控制領(lǐng)域中的閉環(huán)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在過程控制領(lǐng)域中的閉環(huán)控制中得到了廣泛應(yīng)用。S7-200CPU提供了提供了8個回路的個回路的PID功能，用以實現(xiàn)需功能，用以實現(xiàn)需要按照要按照PID控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)的控制任務(wù)，比如溫控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)

4、的控制任務(wù)，比如溫度、壓力、流量控制等等。度、壓力、流量控制等等。PID功能一般需要模擬功能一般需要模擬量輸入，以反映被控制的物理量的實際值即反饋，量輸入，以反映被控制的物理量的實際值即反饋，而用戶設(shè)定的調(diào)節(jié)目標(biāo)值即為給定。而用戶設(shè)定的調(diào)節(jié)目標(biāo)值即為給定。PID運算的任運算的任務(wù)就是根據(jù)反饋與給定的相對差值，按照務(wù)就是根據(jù)反饋與給定的相對差值，按照PID運算運算規(guī)律計算出結(jié)果，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)規(guī)律計算出結(jié)果，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到自動維持被控制的量跟隨給定值變化。到自動維持被控制的量跟隨給定值變化。1. PID回路指令及算法回路指令及算法PID TBL，LOOP圖圖5-20

5、 PID指令指令 （1）PID回路指令回路指令 PID回路指令功能：用回路表回路指令功能：用回路表中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行PID運算。其中回路表的起始地址運算。其中回路表的起始地址TBL為為VB，回路號，回路號LOOP為為07的常數(shù)。的常數(shù)。 （2）PID算法算法如果一個如果一個PID回路的輸出回路的輸出M(t)是時間的函數(shù)，則：是時間的函數(shù)，則： 以上各量都是連續(xù)量，第一項為比例，最后一以上各量都是連續(xù)量，第一項為比例，最后一項為微分，中間兩項為積分。其中項為微分，中間兩項為積分。其中e是給定值與被控是給定值與被控制變量之差，稱為回路偏差。制變量之差，稱為回路

6、偏差。Kc叫回路增溢，叫回路增溢，M0 為回路輸出的初始值。用數(shù)字計算機(jī)處理這個控制為回路輸出的初始值。用數(shù)字計算機(jī)處理這個控制算式，必須將連續(xù)算式進(jìn)行離散化，公式如下：算式，必須將連續(xù)算式進(jìn)行離散化，公式如下： Mn = Kc(SPn - PVn) + Kc*Ts/Ti*(SPn - PVn) + MX + Kc*Td/Ts*(PVn-1 - PVn) 公式中包含公式中包含9個用來控制和監(jiān)視個用來控制和監(jiān)視PID運算的參數(shù)，運算的參數(shù)，在在PID指令使用時構(gòu)成回路表，回路表的格式如表指令使用時構(gòu)成回路表，回路表的格式如表5-4所示。所示。表表5-4 PID回路表回路表參數(shù)參數(shù)地址地址偏移量偏

7、移量數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式I/O類型類型說明說明過程變量當(dāng)前值過程變量當(dāng)前值PVn0雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I過程變量：過程變量：0.0 1.0給定值給定值SPn4雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I給定值給定值: 0.0 1.0輸出值輸出值Mn8雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I/O輸出值輸出值: 0.0 1.0增溢增溢Kc12雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I比例常數(shù)：正、負(fù)比例常數(shù)：正、負(fù)采樣時間采樣時間Ts16雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I單位為秒，正數(shù)單位為秒，正數(shù)積分時間積分時間Ti20雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I單位為分鐘，正數(shù)單位為分鐘，正數(shù)微分時間微分時間Td24雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I單位為分鐘，正數(shù)單位為分鐘，正數(shù)積分項前值積分項前值

8、MX28雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I/O積分項前值：積分項前值：0.0 1.0過程變量前值過程變量前值PVn-132雙字，實數(shù)雙字，實數(shù)I/O最近一次最近一次PID變量值變量值2. PID回路類型選擇回路類型選擇 在大部分模擬量控制系統(tǒng)中，使用的在大部分模擬量控制系統(tǒng)中，使用的PID回路控回路控制類型并不是都包括比例、積分、微分。通過對常量制類型并不是都包括比例、積分、微分。通過對常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。 關(guān)閉比例回路：將比例增溢關(guān)閉比例回路：將比例增溢Kc設(shè)置為設(shè)置為0。 關(guān)閉積分回路：將積分時間關(guān)閉積分回路：將積分時間Ti設(shè)置為無窮大，此設(shè)

9、置為無窮大，此時只有積分初始值時只有積分初始值MX，其積分作用可以忽略。，其積分作用可以忽略。 關(guān)閉微分回路：將微分時間關(guān)閉微分回路：將微分時間Td設(shè)置為設(shè)置為0。 為了用為了用PLC控制控制PID回路，需要將實際測量輸回路，需要將實際測量輸入量、設(shè)定值、回路表中的其它輸入?yún)?shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)入量、設(shè)定值、回路表中的其它輸入?yún)?shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即用程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)化為化處理，即用程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)化為PLC能夠識別和處能夠識別和處理的數(shù)據(jù)，例如將從理的數(shù)據(jù)，例如將從AI采集來的采集來的16位整數(shù)轉(zhuǎn)化為位整數(shù)轉(zhuǎn)化為0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)分為：雙之間的標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)分為：雙極性（圍繞極性（

10、圍繞0.5上下變化）；單極性（在上下變化）；單極性（在0.01.0之之間變化）。間變化）。 程序執(zhí)行時將各個標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)量用離散化程序執(zhí)行時將各個標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)量用離散化PID算式進(jìn)行處理，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)化的料數(shù)運算結(jié)果，算式進(jìn)行處理，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)化的料數(shù)運算結(jié)果，這一結(jié)果也要用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為相應(yīng)的這一結(jié)果也要用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為相應(yīng)的16位整數(shù)，位整數(shù)，然后周期性地將其傳送到指定的然后周期性地將其傳送到指定的AQ中，用以驅(qū)動中，用以驅(qū)動模擬量的輸出負(fù)載，最終實現(xiàn)控制。模擬量的輸出負(fù)載，最終實現(xiàn)控制。3. 數(shù)值轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化4. PID指令的控制方式指令的控制方式 S7-200 PID回路沒

11、有設(shè)置控制方式，只要回路沒有設(shè)置控制方式，只要PID有效就可以有效就可以執(zhí)行執(zhí)行PID運算。也就是說，運算。也就是說，PID運算存在一種運算存在一種“自動自動”運行方運行方式。當(dāng)式。當(dāng)PID運算不被執(zhí)行時稱為運算不被執(zhí)行時稱為“手動手動”方式。當(dāng)方式。當(dāng)PID指令使指令使能位檢測到一個信號的正跳變時，能位檢測到一個信號的正跳變時，PID指令將進(jìn)行一系列運算，指令將進(jìn)行一系列運算，實現(xiàn)從手動方式到自動方式的轉(zhuǎn)變。為了順利轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣臃绞?，實現(xiàn)從手動方式到自動方式的轉(zhuǎn)變。為了順利轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣臃绞剑谵D(zhuǎn)換到自動方式之前，由手動方式所設(shè)定的輸出值必須作為在轉(zhuǎn)換到自動方式之前，由手動方式所設(shè)定的輸出值必須作

12、為PID指令的輸入寫入回路表。指令的輸入寫入回路表。PID指令對回路表內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行指令對回路表內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行下列運算，保證當(dāng)檢測到使能位出現(xiàn)正跳變時，從手動方式順下列運算，保證當(dāng)檢測到使能位出現(xiàn)正跳變時，從手動方式順利換成自動方式。其應(yīng)用詳教材。利換成自動方式。其應(yīng)用詳教材。 置給定值置給定值SPn = 過程變量過程變量PVn 置過程變量前值置過程變量前值PVn-1 = 過程變量當(dāng)前值過程變量當(dāng)前值PVn 置積分項前值置積分項前值MX = 輸出值輸出值(Mn)三、任務(wù)實施三、任務(wù)實施編寫溫度檢測和控制系統(tǒng)的程序編寫溫度檢測和控制系統(tǒng)的程序主程序主程序網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1 LD SM0.1CALL SBR_

13、0 子程序子程序SBR_0網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1 LD SM0.0MOVR 1.0, VD104 MOVR 1.0, VD112 MOVR 0.1, VD116 MOVR 1.0, VD120 MOVR 0.0, VD124 MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10 ENI 中斷程序中斷程序INT_0 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1 /采樣模擬量采樣模擬量,并轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)并轉(zhuǎn)換為雙整數(shù) LD SM0.0ITD AIW0, AC0 /雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù) DTR AC0, AC0 /數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化,范圍范圍: 0.01.0 /R 32000.0, AC0 / 送回路表輸入值單元送回路表輸入值單元 MOVR AC0, VD100 / 手動手動/自動切換開關(guān)自動切換開關(guān) / 執(zhí)行執(zhí)行PID指令指令網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2LD I0.0 PID VB100, 0 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)3 /控制輸出量控制輸出量LD SM0.0MOVR VD108, AC0 /將控制量標(biāo)準(zhǔn)化將控制量標(biāo)準(zhǔn)化*R 32000.0, AC0 /實數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)實數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)ROUND AC0, AC0 /雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)DTI AC0, AC0 /將數(shù)值