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文檔簡介

1、如何使用S7-200CPU 的PID控制 S7-200 能夠進(jìn)行PID 控制。S7-200 CPU最多可以支持8 個(gè)PID 控制回路(8個(gè)PID 指令功能塊)。 PID 是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例積分微分控制算法。 PID 控制器根據(jù)設(shè)定值(給定)與被控對(duì)象的實(shí)際值(反饋)的差值,按照PID 算法計(jì)算出控制器的輸出量,控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)去影響被控對(duì)象的變化。 PID 控制是負(fù)反饋閉環(huán)控制,能夠抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動(dòng),使反饋跟隨給定變化。 根據(jù)具體項(xiàng)目的控制要求,在實(shí)際應(yīng)用中有可能用到其中的一部分,比如常用的是PI(比例積分)控制,這時(shí)沒有微分控制部分。 1、PID 算法在S7-200 中的實(shí)

2、現(xiàn) PID 控制最初在模擬量控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),隨著離散控制理論的發(fā)展,PID也在計(jì)算機(jī)化控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)化的PID 控制算法有幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù): Kc:Gain,增益 Ti:積分時(shí)間常數(shù) Td:微分時(shí)間常數(shù) Ts:采樣時(shí)間 在S7-200 中PID 功能是通過PID 指令功能塊實(shí)現(xiàn)。通過定時(shí)(按照采樣時(shí)間)執(zhí)行PID 功能塊,按照PID 運(yùn)算規(guī)律,根據(jù)當(dāng)時(shí)的給定、反饋、比例積分微分?jǐn)?shù)據(jù),計(jì)算出控制量。 PID 功能塊通過一個(gè)PID 回路表交換數(shù)據(jù),這個(gè)表是在V 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的開辟,長度為36 字節(jié)。因此每個(gè)PID 功能塊在調(diào)用時(shí)需要指定兩個(gè)要素:PID控制回路號(hào),以及控制回路表的起始地址(

3、以VB 表示)。 由于PID 可以控制溫度、壓力等等許多對(duì)象,它們各自都是由工程量表示,因此有一種通用的數(shù)據(jù)表示方法才能被PID 功能塊識(shí)別。S7-200中的PID 功能使用占調(diào)節(jié)范圍的百分比的方法抽象地表示被控對(duì)象的數(shù)值大小。在實(shí)際工程中,這個(gè)調(diào)節(jié)范圍往往被認(rèn)為與被控對(duì)象(反饋)的測量范圍(量程)一致。 PID 功能塊只接受0.0 - 1.0 之間的實(shí)數(shù)(實(shí)際上就是百分比)作為反饋、給定與控制輸出的有效數(shù)值,如果是直接使用PID 功能塊編程,必須保證數(shù)據(jù)在這個(gè)范圍之內(nèi),否則會(huì)出錯(cuò)。其他如增益、采樣時(shí)間、積分時(shí)間、微分時(shí)間都是實(shí)數(shù)。 因此,必須把外圍實(shí)際的物理量與PID 功能塊需要的(或者輸出

4、的)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就是所謂輸入/輸出的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化處理。S7-200系統(tǒng)手冊上有詳細(xì)的介紹。 S7-200 的編程軟件Micro/WIN 提供了PID 指令向?qū)?,以方便地完成這些轉(zhuǎn)換/標(biāo)準(zhǔn)化處理。除此之外,PID指令也同時(shí)會(huì)被自動(dòng)調(diào)用。 1.1調(diào)試PID 控制器 PID 控制的效果就是看反饋(也就是控制對(duì)象)是否跟隨設(shè)定值(給定),是否響應(yīng)快速、穩(wěn)定,是否能夠抑制閉環(huán)中的各種擾動(dòng)而回復(fù)穩(wěn)定。 要衡量PID 參數(shù)是否合適,必須能夠連續(xù)觀察反饋對(duì)于給定變化的響應(yīng)曲線;而實(shí)際上PID 的參數(shù)也是通過觀察反饋波形而調(diào)試的。因此,沒有能夠觀察反饋的連續(xù)變化波形曲線的有效手段,就談不上調(diào)試PID 參

5、數(shù)。 觀察反饋量的連續(xù)波形,可以使用帶慢掃描記憶功能的示波器(如數(shù)字示波器),波形記錄儀,或者在PC 機(jī)上做的趨勢曲線監(jiān)控畫面等。 新版編程軟件STEP 7 - Micro/WIN V4.0 內(nèi)置了一個(gè)PID 調(diào)試控制面板工具,具有圖形化的給定、反饋、調(diào)節(jié)器輸出波形顯示,可以用于手動(dòng)調(diào)試PID 參數(shù)。對(duì)于沒有“自整定PID”功能的老版CPU,也能實(shí)現(xiàn)PID 手動(dòng)調(diào)節(jié)。 PID 參數(shù)的取值,以及它們之間的配合,對(duì)PID 控制是否穩(wěn)定具有重要的意義。這些主要參數(shù)是: 采樣時(shí)間: 計(jì)算機(jī)必須按照一定的時(shí)間間隔對(duì)反饋進(jìn)行采樣,才能進(jìn)行PID 控制的計(jì)算。采樣時(shí)間就是對(duì)反饋進(jìn)行采樣的間隔。短于采樣時(shí)間間

6、隔的信號(hào)變化是不能測量到的。過短的采樣時(shí)間沒有必要,過長的采樣間隔顯然不能滿足擾動(dòng)變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場合。 編程時(shí)指定的PID 控制器采樣時(shí)間必須與實(shí)際的采樣時(shí)間一致。S7-200中PID 的采樣時(shí)間精度用定時(shí)中斷來保證。 增益(Gain,放大系數(shù),比例常數(shù)) 增益與偏差(給定與反饋的差值)的乘積作為控制器輸出中的比例部分。過大的增益會(huì)造成反饋的振蕩。 積分時(shí)間(Integral Time) 偏差值恒定時(shí),積分時(shí)間決定了控制器輸出的變化速率。積分時(shí)間越短,偏差得到的修正越快。過短的積分時(shí)間有可能造成不穩(wěn)定。 積分時(shí)間的長度相當(dāng)于在階躍給定下,增益為“1”的時(shí)候,輸出的變化量與偏差

7、值相等所需要的時(shí)間,也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時(shí)間。 如果將積分時(shí)間設(shè)為最大值,則相當(dāng)于沒有積分作用。 微分時(shí)間(Derivative Time) 偏差值發(fā)生改變時(shí),微分作用將增加一個(gè)尖峰到輸出中,隨著時(shí)間流逝減小。微分時(shí)間越長,輸出的變化越大。微分使控制對(duì)擾動(dòng)的敏感度增加,也就是偏差的變化率越大,微分控制作用越強(qiáng)。微分相當(dāng)于對(duì)反饋?zhàn)兓厔莸念A(yù)測性調(diào)整。 如果將微分時(shí)間設(shè)置為0 就不起作用,控制器將作為PI 調(diào)節(jié)器工作。 1.2常見問題 1對(duì)于某個(gè)具體的PID 控制項(xiàng)目,是否可能事先得知比較合適的參數(shù)?有沒有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)? 雖然有理論上計(jì)算PID 參數(shù)的方法,但由于閉環(huán)調(diào)節(jié)的影響因

8、素很多而不能全部在數(shù)學(xué)上精確地描述,計(jì)算出的數(shù)值往往沒有什么實(shí)際意義。因此,除了實(shí)際調(diào)試獲得參數(shù)外,沒有什么可用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值存在。甚至對(duì)于兩套看似一樣的系統(tǒng),都可能通過實(shí)際調(diào)試得到完全不同的參數(shù)值。 2PID控制不穩(wěn)定怎么辦?如何調(diào)試PID? 閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試,首先應(yīng)當(dāng)做開環(huán)測試。所謂開環(huán),就是在PID 調(diào)節(jié)器不投入工作的時(shí)候,觀察: 反饋通道的信號(hào)是否穩(wěn)定 輸出通道是否動(dòng)作正常 可以試著給出一些比較保守的PID 參數(shù),比如放大倍數(shù)(增益)不要太大,可以小于1,積分時(shí)間不要太短,以免引起振蕩。在這個(gè)基礎(chǔ)上,可以直接投入運(yùn)行觀察反饋的波形變化。給出一個(gè)階躍給定,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)是最好的方法。 如果反

9、饋達(dá)到給定值之后,歷經(jīng)多次振蕩才能穩(wěn)定或者根本不穩(wěn)定,應(yīng)該考慮是否增益過大、積分時(shí)間過短;如果反饋遲遲不能跟隨給定,上升速度很慢,應(yīng)該考慮是否增益過小、積分時(shí)間過長 總之,PID參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)綜合的、互相影響的過程,實(shí)際調(diào)試過程中的多次嘗試是非常重要的步驟,也是必須的。 S7-200 的新一代產(chǎn)品提供了自整定的PID 細(xì)調(diào)功能。 3沒有采用積分控制時(shí),為何反饋達(dá)不到給定?這是必然的。因?yàn)榉e分控制的作用在于消除純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有的“靜差”。沒有積分控制的比例控制系統(tǒng)中,沒有偏差就沒有輸出量,沒有輸出就不能維持反饋值與給定值相等。所以永遠(yuǎn)不能做到?jīng)]有偏差。 4如何實(shí)現(xiàn)PID 反作用調(diào)節(jié)? 參見P

10、ID 向?qū)е械某枂栴}。 5S7-200控制變頻器,在變頻器也有PID 控制功能時(shí),應(yīng)當(dāng)使用誰的PID 功能?可以根據(jù)具體情況使用。一般來說,如果需要控制的變量直接與變頻器直接有關(guān),比如變頻水泵控制水壓等,可以優(yōu)先考慮使用變頻器的PID 功能。 6、S7-200系統(tǒng)手冊上的附錄H.14“用S7-200 實(shí)現(xiàn)PID 控制”的例子,是否可以直接使用?S7-200系統(tǒng)手冊中的附錄H 在英文原版中并不存在。 H.14 的PID 例子是在第一代產(chǎn)品還不支持PID 運(yùn)算指令時(shí)的產(chǎn)物?,F(xiàn)在用戶可以使用PID 指令塊,或者PID Wizard(PID 向?qū)В┚庉婸ID 控制程序。 1.3 PID Wizard

11、 - PID 向?qū)?Micro/WIN 提供了PID Wizard(PID 指令向?qū)В?,可以幫助用戶方便地生成一個(gè)閉環(huán)控制過程的PID 算法。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù)PID 運(yùn)算的自動(dòng)編程,用戶只需在主程序中調(diào)用PID 向?qū)傻淖映绦?,就可以完成PID 控制任務(wù)。 PID 向?qū)Ъ瓤梢陨赡M量輸出PID 控制算法,也支持開關(guān)量輸出;既支持連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié),也支持手動(dòng)參與控制。建議用戶使用此向?qū)?duì)PID編程,以避免不必要的錯(cuò)誤。如果用戶不能確定中文編程界面的語義,我們建議用戶使用英文版本的Micro/WIN,以免對(duì)向?qū)е邢嚓P(guān)概念發(fā)生誤解。 建議用戶使用較新的編程軟件版本。在新版本中的PID 向?qū)Й@得

12、了改善。 1.4 PID 向?qū)Ь幊滩襟E 在Micro/WIN 中的命令菜單中選擇Tools > Instruction Wizard,然后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇PID 指令: 圖1. 選擇PID 向?qū)?在使用向?qū)r(shí)必須先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯,在隨后彈出的對(duì)話框中選擇“Yes” ,確認(rèn)編譯。如果已有的程序中存在錯(cuò)誤,或者有沒有編完的指令,編譯不能通過。 如果你的項(xiàng)目中已經(jīng)配置了一個(gè)PID 回路,則向?qū)?huì)指出已經(jīng)存在的PID 回路,并讓你選擇是配置修改已有的回路,還是配置一個(gè)新的回路: 圖2. 選擇需要配置的回路 第一步:定義需要配置的PID 回路號(hào) 圖3. 選擇PID 回路號(hào) 第二步:設(shè)定PID

13、回路參數(shù) 圖4. 設(shè)置PID 參數(shù) 圖4 中: a. 定義回路設(shè)定值(SP,即給定)的范圍: 在低限(Low Range)和高限(High Range)輸入域中輸入實(shí)數(shù),缺省值為0.0 和100.0,表示給定值的取值范圍占過程反饋量程的百分比。 這個(gè)范圍是給定值的取值范圍。它也可以用實(shí)際的工程單位數(shù)值表示。參見:設(shè)置給定反饋的量程范圍。 以下定義PID 回路參數(shù),這些參數(shù)都應(yīng)當(dāng)是實(shí)數(shù): b. Gain(增益): 即比例常數(shù)。 c. Integral Time(積分時(shí)間):如果不想要積分作用,可以把積分時(shí)間設(shè)為無 窮大:9999.99 d. Derivative Time(微分時(shí)間):如果不想要

14、微分回路,可以把微分時(shí)間設(shè)為0 。 e. Sample Time(采樣時(shí)間):是PID 控制回路對(duì)反饋采樣和重新計(jì)算輸出值的時(shí)間間隔。在向?qū)瓿珊?,若想要修改此?shù),則必須返回向?qū)е行薷?,不可在程序中或狀態(tài)表中修改。 注意:關(guān)于具體的PID 參數(shù)值,每一個(gè)項(xiàng)目都不一樣,需要現(xiàn)場調(diào)試來定,沒有所謂經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。 第三步:設(shè)定回路輸入輸出值 圖5. 設(shè)定PID 輸入輸出參數(shù) 在圖5 中,首先 設(shè)定過程變量的范圍: a. 指定輸入類型 Unipolar: 單極性,即輸入的信號(hào)為正,如010V 或020mA 等 Bipolar:雙極性,輸入信號(hào)在從負(fù)到正的范圍內(nèi)變化。如輸入信號(hào)為±10V、

15、7;5V 等時(shí)選用 20% Offset:選用20%偏移。如果輸入為420mA 則選單極性及此項(xiàng),4mA是020mA 信號(hào)的20%,所以選20% 偏移,即4mA 對(duì)應(yīng)6400,20mA 對(duì)應(yīng)32000 b. 反饋輸入取值范圍 在a.設(shè)置為Unipolar 時(shí),缺省值為0 - 32000,對(duì)應(yīng)輸入量程范圍0 - 10V 或0 - 20mA 等,輸入信號(hào)為正 在a.設(shè)置為Bipolar 時(shí),缺省的取值為-32000 - +32000,對(duì)應(yīng)的輸入范圍根據(jù)量程不同可以是±10V、±5V等 在a.選中20% Offset 時(shí),取值范圍為6400 - 32000,不可改變 此反饋輸入也

16、可以是工程單位數(shù)值,參見:設(shè)置給定反饋的量程范圍。 然后定義輸出類型 c. Output Type(輸出類型) 可以選擇模擬量輸出或數(shù)字量輸出。模擬量輸出用來控制一些需要模擬量給定的設(shè)備,如比例閥、變頻器等;數(shù)字量輸出實(shí)際上是控制輸出點(diǎn)的通、斷狀態(tài)按照一定的占空比變化,可以控制固態(tài)繼電器(加熱棒等) d. 選擇模擬量則需設(shè)定回路輸出變量值的范圍,可以選擇: Unipolar:單極性輸出,可為010V 或020mA 等 Bipolar:雙極性輸出,可為正負(fù)10V 或正負(fù)5V 等 20% Offset:如果選中20% 偏移,使輸出為4 - 20mA e. 取值范圍: d 為Unipolar 時(shí),缺

17、省值為 0 到 32000 d 為Bipolar 時(shí),取值-32000到32000 d 為20% Offset 時(shí),取值6400 - 32000,不可改變 如果選擇了開關(guān)量輸出,需要設(shè)定此占空比的周期。 第四步:設(shè)定回路報(bào)警選項(xiàng) 圖6. 設(shè)定回路報(bào)警限幅值 向?qū)峁┝巳齻€(gè)輸出來反映過程值(PV)的低值報(bào)警、高值報(bào)警及過程值模擬量模塊錯(cuò)誤狀態(tài)。當(dāng)報(bào)警條件滿足時(shí),輸出置位為1。這些功能在選中了相應(yīng)的選擇框之后起作用。 a.使能低值報(bào)警并設(shè)定過程值(PV)報(bào)警的低值,此值為過程值的百分?jǐn)?shù),缺省值為 0.10,即報(bào)警的低值為過程值的10。此值最低可設(shè)為0.01,即滿量程的1% b.使能高值報(bào)警并設(shè)定過

18、程值(PV)報(bào)警的高值,此值為過程值的百分?jǐn)?shù),缺省值為 0.90,即報(bào)警的高值為過程值的90。此值最高可設(shè)為1.00,即滿量程的100% c. 使能過程值(PV)模擬量模塊錯(cuò)誤報(bào)警并設(shè)定模塊于CPU 連接時(shí)所處的模塊位置?!?”就是第一個(gè)擴(kuò)展模塊的位置第 第五步:指定PID 運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 圖7. 分配運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) PID 指令(功能塊)使用了一個(gè)120 個(gè)字節(jié)的V 區(qū)參數(shù)表來進(jìn)行控制回路的運(yùn)算工作;除此之外,PID向?qū)傻妮斎?輸出量的標(biāo)準(zhǔn)化程序也需要運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。需要為它們定義一個(gè)起始地址,要保證該地址起始的若干字節(jié)在程序的其它地方?jīng)]有被重復(fù)使用。如果點(diǎn)擊“Suggest Addre

19、ss”,則向?qū)⒆詣?dòng)為你設(shè)定當(dāng)前程序中沒有用過的V 區(qū)地址。 自動(dòng)分配的地址只是在執(zhí)行PID 向?qū)r(shí)編譯檢測到空閑地址。向?qū)⒆詣?dòng)為該參數(shù)表分配符號(hào)名,用戶不要再自己為這些參數(shù)分配符號(hào)名,否則將導(dǎo)致PID 控制不執(zhí)行。 第六步:定義向?qū)傻腜ID 初使化子程序和中斷程序名及手/自動(dòng)模式 圖8. 指定子程序、中斷服務(wù)程序名和選擇手動(dòng)控制 向?qū)б呀?jīng)為初使化子程序和中斷子程序定義了缺省名,你也可以修改成自己起的名字。 a. 指定PID 初使化子程序的名字。 b. 指定PID 中斷子程序的名字 注意: 如果你的項(xiàng)目中已經(jīng)存在一個(gè)PID 配置,則中斷程序名為只讀,不可更改。因 為一個(gè)項(xiàng)目中所有PID

20、 共用一個(gè)中斷程序,它的名字不會(huì)被任何新的PID 所更改。 PID 向?qū)е袛嘤玫氖荢MB34 定時(shí)中斷,在用戶使用了PID 向?qū)Ш?,注意在其它編程時(shí)不要再用此中斷,也不要向SMB34 中寫入新的數(shù)值,否則PID 將停止工作。 c. 此處可以選擇添加PID 手動(dòng)控制模式。在PID 手動(dòng)控制模式下,回路輸出由手動(dòng)輸出設(shè)定控制,此時(shí)需要寫入手動(dòng)控制輸出參數(shù)一個(gè)0.01.0 的實(shí)數(shù),代表輸出的0100而不是直接去改變輸出值。 此功能提供了PID 控制的手動(dòng)和自動(dòng)之間的無擾切換能力。 第七步:生成PID 子程序、中斷程序及符號(hào)表等 一旦點(diǎn)擊完成按鈕,將在你的項(xiàng)目中生成上述PID 子程序、中斷程序及符號(hào)表

21、等。 圖9. 生成PID 子程序、中斷程序和符號(hào)表等 第八步:配置完P(guān)ID 向?qū)?需要在程序中調(diào)用向?qū)傻腜ID 子程序(如下圖) 圖10. PID 子程序 圖11. 調(diào)用PID 子程序 在用戶程序中調(diào)用PID 子程序時(shí),可在指令樹的Program Block(程序塊)中用鼠標(biāo)雙擊由向?qū)傻腜ID 子程序,在局部變量表中,可以看到有關(guān)形式參數(shù)的解釋和取值范圍。 a. 必須用SM0.0 來使能PID,以保證它的正常運(yùn)行 b. 此處輸入過程值(反饋)的模擬量輸入地址 c. 此處輸入設(shè)定值變量地址(VDxx),或者直接輸入設(shè)定值常數(shù),根據(jù)向?qū)е?的設(shè)定0.0100.0,此處應(yīng)輸入一個(gè)0.0100

22、.0 的實(shí)數(shù),例:若輸入20,即為過程值的20,假設(shè)過程值A(chǔ)IW0 是量程為0200 度的溫度值,則此處的設(shè)定值20 代表40 度(即200 度的20);如果在向?qū)е性O(shè)定給定范圍為0.0 - 200.0,則此處的20相當(dāng)于20 度。 d. 此處用I0.0 控制PID 的手/自動(dòng)方式,當(dāng)I0.0 為1 時(shí),為自動(dòng),經(jīng)過PID 運(yùn)算從AQW0 輸出;當(dāng)I0.0 為0 時(shí),PID 將停止計(jì)算,AQW0 輸出為ManualOutput(VD4)中的設(shè)定值,此時(shí)不要另外編程或直接給AQW0 賦值。若在向?qū)е袥]有選擇PID 手動(dòng)功能,則此項(xiàng)不會(huì)出現(xiàn)。 e. 定義PID 手動(dòng)狀態(tài)下的輸出,從AQW0 輸出一

23、個(gè)滿值范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)此值的輸出量。此處可輸入手動(dòng)設(shè)定值的變量地址(VDxx),或直接輸入數(shù)。數(shù)值范圍為0.0-1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù),代表輸出范圍的百分比。例:如輸入0.5,則設(shè)定為輸出的50。若在向?qū)е袥]有選擇PID 手動(dòng)功能,則此項(xiàng)不會(huì)出現(xiàn)。 f. 此處鍵入控制量的輸出地址。 g. 當(dāng)高報(bào)警條件滿足時(shí),相應(yīng)的輸出置位為1,若在向?qū)е袥]有使能高報(bào)警功能,則此項(xiàng)將不會(huì)出現(xiàn)。 h. 當(dāng)?shù)蛨?bào)警條件滿足時(shí),相應(yīng)的輸出置位為1,若在向?qū)е袥]有使能低報(bào)警功能,則此項(xiàng)將不會(huì)出現(xiàn)。 i. 當(dāng)模塊出錯(cuò)時(shí),相應(yīng)的輸出置位為1,若在向?qū)е袥]有使能模塊錯(cuò)誤報(bào)警功能,則此項(xiàng)將不會(huì)出現(xiàn)。 調(diào)用PID 子程序時(shí),不用考慮中斷

24、程序。子程序會(huì)自動(dòng)初始化相關(guān)的定時(shí)中斷處理事項(xiàng),然后中斷程序會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。 第九步:實(shí)際運(yùn)行并調(diào)試PID 參數(shù) 沒有一個(gè)PID 項(xiàng)目的參數(shù)不需要修改而能直接運(yùn)行,因此需要在實(shí)際運(yùn)行時(shí)調(diào)試PID參數(shù)。 查看Data Block(數(shù)據(jù)塊),以及Symbol Table(符號(hào)表)相應(yīng)的PID 符號(hào)標(biāo)簽的內(nèi)容,可以找到包括PID 核心指令所用的控制回路表,包括比例系數(shù)、積分時(shí)間等等。將此表的地址復(fù)制到Status Chart(狀態(tài)表)中,可以在監(jiān)控模式下在線修改PID 參數(shù),而不必停機(jī)再次做組態(tài)。參數(shù)調(diào)試合適后,用戶可以在數(shù)據(jù)塊中寫入,也可以再做一次向?qū)В蛘呔幊滔蛳鄳?yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)傳送參數(shù)。 1.5常見問題

25、 1做完P(guān)ID 向?qū)Ш螅绾沃老驅(qū)е性O(shè)定值,過程值及PID 等參數(shù)所用的地址? 做完P(guān)ID 向?qū)Ш罂稍赟ymbol 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P(guān)ID 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

26、適,如何正式確定參數(shù)? 可以在Data Block(數(shù)據(jù)塊)中直接寫入?yún)?shù)。 4、做完P(guān)ID 向?qū)Ш?,能否查看PID 生成的子程序,中斷程序? PID 向?qū)傻淖映绦?,中斷程序用戶是無法看到的,也不能對(duì)其進(jìn)行修改。沒有密碼能夠打開這些子程序,一般的應(yīng)用也沒有必要打開查看。 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,沒有經(jīng)驗(yàn)參數(shù),只能現(xiàn)場調(diào)試獲得。 6、PID 向?qū)傻某绦驗(yàn)楹尾粓?zhí)行? 必須保證用SM0.0 無條件調(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

27、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(過程值)低于設(shè)定溫度,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說,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)傻腜ID 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

28、程序PIDx_INIT (x = 0 - 7)。在用戶程序中,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)最簡單的PID 子程序調(diào)用程序段: 圖1. 調(diào)用PID 子程序(圖形質(zhì)量不好) 其中: PV_I: 過程反饋參數(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則往往來自V 變量存儲(chǔ)區(qū),這樣可以從人機(jī)操作

29、界面(HMI)設(shè)備輸入給定值。 注意: 對(duì)于PID 控制系統(tǒng)來說,必須保證給定與過程反饋的一致性: 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,完全取決于我們在使用“PID 向?qū)А本幊虝r(shí)指定的給定與反饋的數(shù)值范圍。其中

30、,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 1.6 PID應(yīng)用實(shí)例 假定一個(gè)PID 控制系統(tǒng)的控制對(duì)象是壓力,反饋元件的測量范圍為0 - 16MPa。反饋器件的信號(hào)經(jīng)過變換,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1. 反饋(單極性) 給定 實(shí)際物力量 模擬量輸入值 百分比 物理工程單位形式 高限 16MPa 32000 100.0 n×16.0 低限 0MPa 0(0-20mA) 0.0 0

31、.0 6400(4-20mA) n 為比例系數(shù),為了精度高些可以設(shè)置n=10 等等 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 2 PID自整定 2.1 PID 自整定概念 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手動(dòng)調(diào)試?yán)习姹镜模ú恢С諴ID 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

32、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、微分值,并可應(yīng)用到控制中。 2.2 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.過程值指示 顯示過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.可顯示過程值、設(shè)定值及輸出值的PID 趨勢圖 圖2. 圖形顯示區(qū) 圖中: A. 過程變量和設(shè)定值的取值范圍及刻

33、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、過程變量及輸出的趨勢圖 d.調(diào)節(jié)參數(shù) 這里你可以: 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) 在Manual 模式下,可改變PID 參數(shù),并按Update PLC 按鈕來更新PLC 中的參數(shù) 啟動(dòng)PID 自整定功能 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圖中不同的

34、顏色代表不同的值的趨勢 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,PID編程必須使用PID 向?qū)瓿伞?2.3 PID 自整定步驟 第一步: 在PID Wizard (向?qū)В┲型瓿蒔ID 功能組態(tài) 要想使用PID 自整定功能,PID編程必須用PID 向?qū)硗瓿?第二步: 打開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,如果面板沒有被激活(所有地方都是灰色),可點(diǎn)擊Configure

35、(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)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)離趨勢圖的上、下坐標(biāo)軸,以免PID 自整定開始后輸出值的變化范圍受限制 。 參見:手動(dòng)調(diào)整PID 回路參數(shù) 第三步: 在d.區(qū)點(diǎn)擊Advanced(高級(jí))按鈕,設(shè)定PID 自整定選項(xiàng)。如果不是很特殊的系統(tǒng),也可以

36、不加理會(huì)。 圖3. 設(shè)置PID 自整定高級(jí)選項(xiàng) 在此允許設(shè)定下列參數(shù): a. 你可以選中復(fù)選框,讓自整定來自動(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)定了允許過程值偏離設(shè)定值的最大(正負(fù))范圍,過程反饋在這個(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自整定開始后,只有過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)值用來減少過程變量的噪聲對(duì)自整定的干擾,從而更精確地計(jì)算出過程系統(tǒng)的自然

37、振動(dòng)頻率。如果選用自動(dòng)計(jì)算,則缺省值為2。 如果過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): 偏差值決定了允許過程變量偏離設(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,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(初始步長值):PID調(diào)節(jié)的初始輸出值 PID 自整定開始后,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(看門狗時(shí)間):過程變量必須在此時(shí)間(時(shí)基為秒)內(nèi)達(dá)到或穿越給定值,否則會(huì)產(chǎn)生看門狗超時(shí)錯(cuò)誤。 PID 自整定調(diào)節(jié)器在改變輸出后,如果超過此時(shí)間還未觀察到過程反饋(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,可以加長這個(gè)時(shí)間。 f. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)選項(xiàng):根據(jù)

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