S7-1200第26講：S7-1200的PID控制器2課件

1、博途1200課程-第26講-S7-1200的PID控制器2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。 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PLC較遠，通過線路間的分布電容和分布電感產(chǎn)生的干擾信號電流，在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生較高的干擾電壓。例如1mA干擾電流在10MW輸入阻抗上將產(chǎn)生10V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。 電流輸出型變送器具有恒流源的性質(zhì)，內(nèi)阻很大，輸入阻抗較小(例如250 W)。線路上的干擾信號在模塊的輸入端阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適合于遠程傳送。電壓 0-10V 電流 0(4)-

2、20mA 選擇依據(jù) 工業(yè)上通常用電壓 05(10)V 或電流 0(4)20mA 作為模擬信號傳輸?shù)姆椒ǎ彩潜怀炭貦C經(jīng)常采用的一種方法。那么電壓和電流的傳輸方式有什么不同，什么時候采用什么方法，下面將對此進行簡要介紹。 電壓信號傳輸比如 05(10)V如果一個模擬電壓信號從發(fā)送點通過長的電纜傳輸?shù)浇邮拯c，那么信號可能很容易失真。原因是電壓信號經(jīng)過發(fā)送電路的輸出阻抗，電纜的電阻以及接觸電阻形成了電壓降損失。由此造成的傳輸誤差就是接收電路的輸入偏置電流乘以上述各個電阻的和。 如果信號接收電路的輸入阻抗是高阻的，那么由上述的電阻引起的傳輸誤差就足夠小，這些電阻也就可以忽略不計。要求不增加信號發(fā)送方的

3、費用又要所提及的電阻可忽略，就要求信號接收電路有一個高的輸入阻抗。如果用運算放大器 OP 來做接收方的輸入放大器，就要考慮到此類放大器的輸入阻抗通常是小于 TRUE 沿時會激活“手動模式”，而 State = 4 和 Mode 保持不變。只要 ManualEnable = TRUE，便無法通過 ModeActivate 的上升沿或使用調(diào)試對話框來更改工作模式。出現(xiàn) TRUE-FALSE 沿時會激活由 Mode 指定的工作模式。建議只使用 ModeActivate 更改工作模式。ManualValueREAL0.0手動值 該值用作手動模式下的輸出值。允許介于 Config.OutputLower

4、Limit 與 Config.OutputUpperLimit 之間的值。ErrorAckBOOLFALSEFALSE - TRUE 沿 將復(fù)位 ErrorBits 和 Warning。 ResetBOOLFALSE重新啟動控制器。FALSE - TRUE 沿切換到“未激活”模式將復(fù)位 ErrorBits 和 Warnings。積分作用已清除（保留 PID 參數(shù)）只要 Reset=TRUE，PID_Compact 便會保持在“未激活”模式下 (State=0)。TRUE - FALSE 沿PID_Compact 將切換到保存在 Mode 參數(shù)中的工作模式。ModeActivateBOOLFAL

5、SEFALSE - TRUE 沿 PID_Compact 將切換到保存在 Mode 參數(shù)中的工作模式。Parameter數(shù)據(jù)類型默認值說明ScaledInputREAL0.0標(biāo)定的過程值可同時使用“Output”、“Output_PER”和“Output_PWM”輸出。OutputREAL0.0REAL 形式的輸出值Output_PERINT0模擬量輸出值 Output_PWMBOOLFALSE脈寬調(diào)制輸出值輸出值由變量開關(guān)時間形成。SetpointLimit_HBOOLFALSE如果 SetpointLimit_H=TRUE，則說明達到了設(shè)定值的絕對上限 (SetpointConfig.Se

6、tpointUpperLimit)。此設(shè)定值將限制為 Config.SetpointUpperLimit 。SetpointLimit_LBOOLFALSE如果 SetpointLimit_L=TRUE，則說明已達到設(shè)定值的絕對下限 (Setpoint Config.SetpointLowerLimit)。此設(shè)定值將限制為 Config.SetpointLowerLimit 。InputWarning_HBOOLFALSE如果 InputWarning_H=TRUE，則說明過程值已達到或超出警告上限。InputWarning_LBOOLFALSE如果 InputWarning_L=TRUE，則

7、說明過程值已經(jīng)達到或低于警告下限。StateINT0State參數(shù)顯示了 PID 控制器的當(dāng)前工作模式。 可使用輸入?yún)?shù) Mode 和 ModeActivate 處的上升沿更改工作模式。 State=0：未激活State=1：預(yù)調(diào)節(jié)State=2：精確調(diào)節(jié)State=3：自動模式State=4：手動模式State=5：帶錯誤監(jiān)視的替代輸出值ErrorBOOLFALSE如果 Error=TRUE，則此周期內(nèi)至少有一條錯誤消息處于未決狀態(tài)。ErrorBitsDWORD DW#16#0ErrorBits參數(shù)顯示了處于未決狀態(tài)的錯誤消息。通過 Reset 或 ErrorAck 的上升沿來保持并復(fù)位 E

8、rrorBits。Parameter數(shù)據(jù)類型默認值說明ModeINT4在 Mode 上，指定 PID_Compact 將轉(zhuǎn)換到的工作模式。 選項包括：Mode = 0：未激活Mode = 1：預(yù)調(diào)節(jié)Mode = 2：精確調(diào)節(jié)Mode = 3：自動模式Mode = 4：手動模式工作模式由以下沿激活：ModeActivate 的上升沿Reset 的下降沿ManualEnable 的下降沿如果 RunModeByStartup=TRUE，則冷啟動 CPU。保持 Mode。有關(guān)工作模式的詳細說明，請參見模式 V2 的參數(shù)狀態(tài)。PID_Compact指令的模式：1)未激活模式 PID Compact工藝

9、對象被組態(tài)并首次下載到CPU后，PID控制器處于未激活(Inactive)模式，此時需要在調(diào)試窗口進行首次啟動自調(diào)節(jié)。在運行時出現(xiàn)錯誤，或者點擊了調(diào)試窗口的“停止測量”按鈕，PID控制器將進入未激活模式。選擇其他運行模式時，活動狀態(tài)的錯誤被確認。2)自動調(diào)節(jié)模式 打開PID調(diào)試窗口，可以選擇進入首次啟動自調(diào)節(jié)模式或運行中自調(diào)節(jié)模式。PID_Compact指令的模式：3)自動模式 在自動模式，PID Compact工藝對象根據(jù)設(shè)置的PID參數(shù)進行閉環(huán)控制。滿足下列調(diào)節(jié)之一時，控制器將進入自動模式： 成功地完成了首次啟動自調(diào)節(jié)和運行中自調(diào)節(jié)的任務(wù)； 在組態(tài)窗口中選中了“使用手動PID參數(shù)設(shè)置”復(fù)選

10、框。4)手動模式 在手動模式下，PID控制的輸出變量用手動設(shè)置。滿足下列調(diào)節(jié)之一，控制器將進入手動模式：指令的輸入?yún)?shù)“ManualEnable”(啟用手動)為1狀態(tài)。在調(diào)試窗口選中了“手動”復(fù)選框。組態(tài)基本參數(shù)：添加“PID_Compact”指令到循環(huán)中斷中，然后選擇指令屬性組態(tài)的“基本設(shè)置”設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。該設(shè)置影響指令的輸出變量“Output_PWM”。PWM的開關(guān)量輸出受“PID_Compact”指令的控制，與CPU集成的脈沖發(fā)生器無關(guān)。PID_3Step 指令： PID_3Step用于組態(tài)具有自調(diào)節(jié)功能的 PID控制器，這樣的控制器已針對通過電機控制的閥門和執(zhí)行器進行過優(yōu)化。它提供兩個

11、布爾型輸出。 PID_3Step是具有抗積分飽和功能且對 P 分量和D 分量加權(quán)的 PID T1 控制器。參數(shù) 數(shù)據(jù)類型默認值說明SetpointREAL0.0PID 控制器在自動模式下的設(shè)定值InputREAL0.0用戶程序的變量用作過程值的源。 如果正在使用 Input 參數(shù)，則必須設(shè)置 Config.InputPerOn=FALSE。Input_PERINT0模擬量輸入用作過程值的源。如果正在使用 Input_PER 參數(shù)，則必須設(shè)置 Config.InputPerOn=TRUE。Actuator_HBOOLFALSE閥門處于上端停止位時的數(shù)字位置反饋如果 Actuator_H=TRUE

12、，表明閥門處于上端停止位，并且不再向此方向移動。Actuator_LBOOLFALSE閥門處于下端停止位時的數(shù)字位置反饋 如果 Actuator_L=TRUE，表明閥門處于下端停止位，并且不再向此方向移動。FeedbackREAL0.0閥門的位置反饋如果正在使用 Feedback 參數(shù)，則必須設(shè)置 Config.FeedbackPerOn=FALSE。Feedback_PERINT0閥門的模擬位置反饋如果正在使用 Feedback_PER 參數(shù)，則必須設(shè)置 Config.FeedbackPerOn=TRUE。根據(jù)以下變量標(biāo)定 Feedback_PER：Config.FeedbackScalin

13、g.LowerPointInConfig.FeedbackScaling.UpperPointInConfig.FeedbackScaling.LowerPointOutConfig.FeedbackScaling.UpperPointOutDisturbanceREAL0.0擾動變量或預(yù)控制值ManualEnableBOOLFALSE出現(xiàn) FALSE-TRUE 沿時會激活“手動模式”，而 State = 4 和 Mode 保持不變。只要 ManualEnable = TRUE，便無法通過 ModeActivate 的上升沿或使用調(diào)試對話框來更改工作模式。出現(xiàn) TRUE-FALSE 沿時會激活

14、由 Mode 指定的工作模式。建議只使用 ModeActivate 更改工作模式。ManualValueREAL0.0在手動模式下指定閥門的絕對位置。只有在使用 Output_PER，或位置反饋可用時，才對 ManualValue 進行評估。Manual_UPBOOLFALSEManual_UP = TRUE即使正在使用 Output_PER 或位置反饋，閥門也打開。 如果已達到上端停止位，則閥門將不再移動。 另參見 Config.VirtualActuatorLimitManual_UP = FALSE如果正在使用 Output_PER 或位置反饋，則閥門移至 ManualValue。 否則

15、閥門不再移動。如果 Manual_UP 和 Manual_DN 同時設(shè)置為 TRUE，則閥門不移動。Manual_DNBOOLFALSEManual_DN = TRUE即使正在使用 Output_PER 或位置反饋，閥門也關(guān)閉。 如果已達到下端停止位，則閥門將不再移動。 另參見 Config.VirtualActuatorLimitManual_DN = FALSE如果正在使用 Output_PER 或位置反饋，則閥門移至 ManualValue。 否則閥門不再移動。ErrorAckBOOLFALSEFALSE - TRUE 沿 將復(fù)位 ErrorBits 和 Warning。ResetBOO

16、LFALSE重新啟動控制器。FALSE - TRUE 沿切換到“未激活”模式將復(fù)位 ErrorBits 和 Warning。積分作用已清除（保留 PID 參數(shù)）只要 Reset=TRUE，PID_3Step 便會保持在“未激活”模式下 (State=0)TRUE - FALSE 沿PID_3Step 將切換到保存在 Mode 參數(shù)中的工作模式。ModeActivateBOOLFALSEFALSE - TRUE 沿PID_3Step 將切換到保存在 Mode 參數(shù)中的工作模式。參數(shù)數(shù)據(jù)類型默認值說明ScaledInputREAL0.0標(biāo)定的過程值 ScaledFeedbackREAL0.0標(biāo)定的

17、位置反饋對于沒有位置反饋的執(zhí)行器，由 ScaledFeedback 指示的執(zhí)行器位置非常不精確。這種情況下，ScaledFeedback 只可用于粗略估計當(dāng)前位置。Output_UPBOOLFALSE用于打開閥門的數(shù)字量輸出值如果 Config.OutputPerOn=FALSE，則使用參數(shù) Output_UP。Output_DNBOOLFALSE用于關(guān)閉閥門的數(shù)字量輸出值如果 Config.OutputPerOn=FALSE，則使用參數(shù) Output_DN。Output_PERINT0模擬量輸出值如果 Config.OutputPerOn=TRUE，則使用 Output_PER。Setpoi

18、ntLimit_HBOOLFALSE如果 SetpointLimit_H=TRUE，則說明達到了設(shè)定值的絕對上限 (SetpointConfig.SetpointUpperLimit)。此設(shè)定值將限制為 Config.SetpointUpperLimit 。SetpointLimit_LBOOLFALSE如果 SetpointLimit_L=TRUE，則說明已達到設(shè)定值的絕對下限 (Setpoint Config.SetpointLowerLimit)。此設(shè)定值將限制為 Config.SetpointLowerLimit 。InputWarning_HBOOLFALSE如果 InputWarn

19、ing_H=TRUE，則說明過程值已達到或超出警告上限。InputWarning_LBOOLFALSE如果 InputWarning_L=TRUE，則說明過程值已經(jīng)達到或低于警告下限。StateINT0State參數(shù)顯示了 PID 控制器的當(dāng)前工作模式。 可使用輸入?yún)?shù) Mode 和 ModeActivate 處的上升沿更改工作模式。State=0：未激活State=1：預(yù)調(diào)節(jié)State=2：精確調(diào)節(jié)State=3：自動模式State=4：手動模式State=5：逼近替代輸出值State=6：轉(zhuǎn)換時間測量State=7：錯誤監(jiān)視State=8：在監(jiān)視錯誤的同時逼近替代輸出值State=10：無

20、停止位信號的手動模式ErrorBOOLFALSE如果 Error=TRUE，則此周期內(nèi)至少有一條錯誤消息處于未決狀態(tài)。ErrorBitsDWORDDW#16#0ErrorBits參數(shù)顯示了處于未決狀態(tài)的錯誤消息。通過 Reset 或 ErrorAck 的上升沿來保持并復(fù)位 ErrorBits。參數(shù)數(shù)據(jù)類型默認值說明ModeINT4在模式參數(shù)中，指定 PID_3Step 將要切換到的工作模式。 選項包括：Mode = 0：未激活Mode = 1：預(yù)調(diào)節(jié)Mode = 2：精確調(diào)節(jié)Mode = 3：自動模式Mode = 4：手動模式Mode = 6：轉(zhuǎn)換時間測量Mode = 10：無停止位信號的手動

21、模式工作模式由以下沿激活：ModeActivate 的上升沿Reset 的下降沿ManualEnable 的下降沿如果 RunModeByStartup=TRUE，則冷啟動 CPU。保持 Mode。首次啟動預(yù)調(diào)節(jié)：該模式要求的調(diào)節(jié)：1)在循環(huán)中斷OB中調(diào)用“PID_Compact”指令；2)建立與CPU的在線連接，CPU在RUN模式；3)點擊“啟動測量”，激活調(diào)試視圖的功能；4)未選中“手動”復(fù)選框；5)設(shè)定值與實際值在組態(tài)的限制值之內(nèi)；6)設(shè)定值與實際值的差值大于50%。精細調(diào)節(jié)： 該模式要求的條件與首次啟動自調(diào)節(jié)模式的基本相同，區(qū)別在于第6條改為設(shè)定值與實際值的差值小于50%。如果大于50

22、%，應(yīng)先進行首次啟動調(diào)節(jié)，完成后自動進行運行中自調(diào)節(jié)。步驟： 1)用單選框選中調(diào)試窗口的“優(yōu)化”區(qū)的“運行中自調(diào)節(jié)”； 2)點擊“啟動自調(diào)節(jié)”，啟動自調(diào)節(jié)。PID控制器在CPU內(nèi)優(yōu)化，如果想在下載項目數(shù)據(jù)時使用優(yōu)化的PID參數(shù)，可以將PID參數(shù)保存到項目中：1)建立計算機與CPU的在線連接；2)令CPU運行在RUN模式；3)點擊“啟動測量”，激活調(diào)試窗口的功能；4)點擊左下角的 ，將當(dāng)前激活的PID參數(shù)上載到項目。通過手動設(shè)置控制器的輸出值來測試過程。操作步驟：1)選中“當(dāng)前值”區(qū)的“手動”復(fù)選框，控制器輸出與控制變量之間的連接被斷開，閉環(huán)控制最后的控制輸出變量作為手動的控制器輸出變量；2)在

23、“Output”域輸入以%為單位的希望的控制器輸出變量的值；3)點擊“Output”域右邊出現(xiàn)的按鈕，控制器的輸出變量被寫入CPU，并被立即激活。PID控制器連續(xù)地監(jiān)視實際值，如果實際值超過限制，將在“狀態(tài)”域顯示出來，控制器將進入未激活模式。調(diào)節(jié)方法 PID是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式，PID調(diào)節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一，PID適用于需要進行高精度測量控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳PID控制參數(shù)。 PID參數(shù)自整定控制儀可選擇外給定（或閥位）控制功能。可取代伺服放大 器直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)（如閥門等）。PID外給定（或閥位）控制儀可自動跟隨外部給定值（或閥位反饋值）進行控制輸出（模擬量控制輸出或繼電器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控 制輸出）。可實現(xiàn)自動/手動無擾動切換。手動切換至自動時，采用逼近法計算，以實現(xiàn)手動/自動的平穩(wěn)切換。PID外給定（或閥位）控制儀可同時顯示測量信 號及閥位反饋信號。 PID光柱顯示控制儀集數(shù)字儀表與模擬儀表于一體，可對測量值及控制目標(biāo)值進行數(shù)字量顯示（雙LED數(shù)碼顯示），并同時對測量值及控制目標(biāo)值進行相對模擬量顯示（雙光柱顯示），顯示方式為雙LED數(shù)碼顯示+雙光柱模擬