PID控制從入門到精通

1、如何使用 S7-200CPU 的 PID 控制第一部分、PID 控制S7-200能夠進行 PID 控制。S7-200 CPU最多可以支持 8個 PID 控制回路(8個 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(給定與被控對象的實際值(反饋的差值,按照 PID 算法 計算出控制器的輸出量,控制執(zhí)行機構(gòu)去影響被控對象的變化。PID 控制是負反饋閉環(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,使反饋 跟隨給定變化。根據(jù)具體項目的控制要求,在實際應(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,這時沒有微分控制部分。PID

2、算法在 S7-200中的實現(xiàn)PID 控制最初在模擬量控制系統(tǒng)中實現(xiàn),隨著離散控制理論的發(fā)展,PID 也在計算機化 控制系統(tǒng)中實現(xiàn)。為便于實現(xiàn),S7-200中的 PID 控制采用了迭代算法。詳細的計算方法請參考 S7-200系統(tǒng)手冊 中 PID 指令部分的相關(guān)內(nèi)容。計算機化的 PID 控制算法有幾個關(guān)鍵的參數(shù) K c (Gain,增益,Ti(積分時間常數(shù),T d (微分時間常數(shù),Ts(采樣時間。在 S7-200中 PID 功能是通過 PID 指令功能塊實現(xiàn)。通過定時(按照采樣時間執(zhí)行 PID 功能塊,按照 PID 運算規(guī)律,根據(jù)當(dāng)時的給定、反饋、比例-積分-微分數(shù)據(jù), 計算出控制量。PID 功能

3、塊通過一個 PID 回路表交換數(shù)據(jù),這個表是在 V 數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的開辟,長度 為 36字節(jié)。因此每個 PID 功能塊在調(diào)用時需要指定兩個要素:PID控制回路號,以及 控制回路表的起始地址(以 VB 表示。由于 PID 可以控制溫度、壓力等等許多對象,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象的數(shù)值大小。在實際工程中,這個調(diào)節(jié)范圍往往 被認為與被控對象(反饋的測量范圍(量程一致。PID 功能塊只接受 0.0 - 1.0之間的實數(shù)(實際上就是百分比作為反饋、給定與控 制輸出的有

4、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)在這個范圍之 內(nèi),否則會出錯。其他如增益、采樣時間、積分時間、微分時間都是實數(shù)。因此,必須把外圍實際的物理量與 PID 功能塊需要的(或者輸出的數(shù)據(jù)之間進行轉(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 指令也同時會被自動調(diào)用。調(diào)試 PID 控制器PID 控制的效果就是看反饋(也就是控制對象是否跟隨設(shè)定值(給定,是否響應(yīng) 快速、穩(wěn)定,是否能夠抑制閉環(huán)中的各種擾動而回復(fù)穩(wěn)定。要衡量 P

5、ID 參數(shù)是否合適,必須能夠連續(xù)觀察反饋對于給定變化的響應(yīng)曲線;而實際 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 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,可以用于手動調(diào)試 PID 參數(shù)。對于沒有 “自整定 PID”功能的老版 CPU,也能實現(xiàn) PID 手動調(diào)節(jié)。PID 參數(shù)的取值,

6、以及它們之間的配合,對 PID 控制是否穩(wěn)定具有重要的意義。這些 主要參數(shù)是:采樣時間:計算機必須按照一定的時間間隔對反饋進行采樣,才能進行 PID 控制的計算。采樣時 間就是對反饋進行采樣的間隔。短于采樣時間間隔的信號變化是不能測量到的。過短 的采樣時間沒有必要,過長的采樣間隔顯然不能滿足擾動變化比較快、或者速度響應(yīng) 要求高的場合。編程時指定的 PID 控制器采樣時間必須與實際的采樣時間一致。S7-200中 PID 的采 樣時間精度用定時中斷來保證。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 會造成反饋的振蕩。積分時間(Inte

7、gral Time偏差值恒定時,積分時間決定了控制器輸出的變化速率。積分時間越短,偏差得到的 修正越快。過短的積分時間有可能造成不穩(wěn)定。積分時間的長度相當(dāng)于在階躍給定下,增益為“1”的時候,輸出的變化量與偏差值相 等所需要的時間,也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時間。如果將積分時間設(shè)為最大值,則相當(dāng)于沒有積分作用。微分時間(Derivative Time偏差值發(fā)生改變時,微分作用將增加一個尖峰到輸出中,隨著時間流逝減小。微分時 間越長,輸出的變化越大。微分使控制對擾動的敏感度增加,也就是偏差的變化率越 大,微分控制作用越強。微分相當(dāng)于對反饋變化趨勢的預(yù)測性調(diào)整。如果將微分時間設(shè)置為 0就不

8、起作用,控制器將作為 PI 調(diào)節(jié)器工作。常問問題1、對于某個具體的 PID 控制項目,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)驗數(shù)據(jù)?雖然有理論上計算 PID 參數(shù)的方法,但由于閉環(huán)調(diào)節(jié)的影響因素很多而不能全部在數(shù) 學(xué)上精確地描述,計算出的數(shù)值往往沒有什么實際意義。因此,除了實際調(diào)試獲得參 數(shù)外,沒有什么可用的經(jīng)驗參數(shù)值存在。甚至對于兩套看似一樣的系統(tǒng),都可能通過 實際調(diào)試得到完全不同的參數(shù)值。2、PID 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 時候,觀察:反饋通道的信號是否穩(wěn)定輸出通道是否動作正常可以試著給

9、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,積分時間不要太短,以免引起振蕩。在這個基礎(chǔ)上,可以直接投入運行觀察反饋的 波形變化。給出一個階躍給定,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)是最好的方法。如果反饋達到給定值之后,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、積分時間過長總之,PID 參數(shù)的調(diào)試是一個綜合的、互相影響的過程,實際調(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 細調(diào)功能。3、沒有采用積分控制時,為何反饋達不到給定?這是必

10、然的。因為積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。所以永遠不能做到?jīng)]有偏差。4、如何實現(xiàn) PID 反作用調(diào)節(jié)?參見 PID 向?qū)е械某枂栴}。5、S7-200控制變頻器,在變頻器也有 PID 控制功能時,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實現(xiàn) PID 控制”的例子,是否可 以直接使用?S7-200系統(tǒng)

11、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 運算指令時的產(chǎn)物?，F(xiàn)在用戶可以使用 PID 指令塊,或者 PID Wizard(PID向?qū)Ь庉?PID 控制程序。PID Wizard - PID向?qū)icro/WIN提供了 PID Wizard(PID指令向?qū)?可以幫助用戶方便地生成一個閉環(huán) 控制過程的 PID 算法。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù) PID 運算的自動編程,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 調(diào)節(jié),也支持手動

12、參與控制。 建議用戶使用此向?qū)?PID 編程,以避免不必要的錯 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@得了改善。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?口中選擇 PID 指令: 圖 1. 選擇 PID 向?qū)г谑褂孟驅(qū)r必須先對項目進行編譯,在隨后彈出的對話框中選擇“Yes” ,確認編 譯。如果已有的程序中存在錯誤,或者有沒有編完的指令,編譯不能通過。如果你

13、的項目中已經(jīng)配置了一個 PID 回路,則向?qū)赋鲆呀?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 圖 3. 選擇 PID 回路號 第二步:設(shè)定 PID 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。這個范圍是給定值的取值范圍。它也可以用實際的工程單位數(shù)值表示。參見:設(shè)置 給定-反饋的量程范圍 。以下定義

14、 PID 回路參數(shù),這些參數(shù)都應(yīng)當(dāng)是實數(shù):b. Gain(增益 : 即比例常數(shù)。c. Integral Time(積分時間 :如果不想要積分作用,可以把積分時間設(shè)為無 窮大:9999.99d. Derivative Time(微分時間 :如果不想要微分回路,可以把微分時間設(shè)為 0 。e. Sample Time(采樣時間 :是 PID 控制回路對反饋采樣和重新計算輸出值的時 間間隔。在向?qū)瓿珊?若想要修改此數(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,每一個項目都不一樣,需要現(xiàn)場調(diào)試來定,沒有所 謂經(jīng)驗參數(shù)。第三步:設(shè)定回路輸入輸出值 圖 5. 設(shè)

15、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o Unipolar : 單極性,即輸入的信號為正,如 0-10V 或 0-20mA 等o Bipolar :雙極性,輸入信號在從負到正的范圍內(nèi)變化。如輸入信號為±10V、 ±5V等時選用o 20% Offset:選用 20%偏移。如果輸入為 4-20mA 則選單極性及此項,4mA 是 0 -20mA 信號的 20%,所以選 20% 偏移,即 4mA 對應(yīng) 6400,20mA 對應(yīng) 32000b. 反饋輸入取值范圍o 在 a.設(shè)置為 Unipolar 時,缺省值為 0 - 32000,對應(yīng)輸入量

16、程范圍 0 - 10V或 0 - 20mA等,輸入信號為正o 在 a.設(shè)置為 Bipolar 時,缺省的取值為-32000 - +32000,對應(yīng)的輸入范圍根 據(jù)量程不同可以是±10V、±5V等o 在 a.選中 20% Offset時,取值范圍為 6400 - 32000,不可改變此反饋輸入也可以是工程單位數(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)字量輸出實際上是控制輸出點的通、斷狀態(tài)按照一定的 占空比變化,可以控制固態(tài)繼電器

17、(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:o Unipolar :單極性輸出,可為 0-10V 或 0-20mA 等o Bipolar :雙極性輸出,可為正負 10V 或正負 5V 等o 20% Offset:如果選中 20% 偏移,使輸出為 4 - 20mAe. 取值范圍:o d 為 Unipolar 時,缺省值為 0 到 32000o d 為 Bipolar 時,取值-32000到 32000o d 為 20% Offset時,取值 6400 - 32000,不可改變?nèi)绻x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)定回路報警選項 圖 6. 設(shè)定回路報警限

18、幅值向?qū)峁┝巳齻€輸出來反映過程值(PV的低值報警、高值報警及過程值模擬量模塊錯 誤狀態(tài)。當(dāng)報警條件滿足時,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.使能低值報警并設(shè)定過程值(PV報警的低值,此值為過程值的百分數(shù),缺省值為 0.10,即報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.使能高值報警并設(shè)定過程值(PV報警的高值,此值為過程值的百分數(shù),缺省值為 0.90,即報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模擬量模塊錯誤報警并設(shè)定模塊于 CPU 連接時所處的模塊位 置?！?”就是第一個

19、擴展模塊的位置第五步:指定 PID 運算數(shù)據(jù)存儲區(qū) 圖 7. 分配運算數(shù)據(jù)存儲區(qū)PID 指令(功能塊使用了一個 120個字節(jié)的 V 區(qū)參數(shù)表來進行控制回路的運算工 作;除此之外,PID 向?qū)傻妮斎?輸出量的標(biāo)準(zhǔn)化程序也需要運算數(shù)據(jù)存儲區(qū)。需 要為它們定義一個起始地址,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。如果點擊“Suggest Address”,則向?qū)⒆詣訛槟阍O(shè)定當(dāng)前程序中沒有用 過的 V 區(qū)地址。自動分配的地址只是在執(zhí)行 PID 向?qū)r編譯檢測到空閑地址。向?qū)⒆詣訛樵搮?shù) 表分配符號名,用戶不要再自己為這些參數(shù)分配符號名,否則將導(dǎo)致 PID 控制不執(zhí) 行。第六

20、步:定義向?qū)傻?PID 初使化子程序和中斷程序名及手/自動模式 圖 8. 指定子程序、中斷服務(wù)程序名和選擇手動控制向?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:1. 如果你的項目中已經(jīng)存在一個 PID 配置,則中斷程序名為只讀,不可更改。因 為一個項目中所有 PID 共用一個中斷程序,它的名字不會被任何新的 PID 所更改。 2. PID 向?qū)е袛嘤玫氖?SMB34定時中斷,在用戶使用了 PID 向?qū)Ш?注意在其它 編程時不要再用此中斷,也不要向 SMB34中寫入新的數(shù)值,否

21、則 PID 將停止工作。c. 此處可以選擇添加 PID 手動控制模式。在 PID 手動控制模式下,回路輸出由 手動輸出設(shè)定控制,此時需要寫入手動控制輸出參數(shù)一個 0.0-1.0的實數(shù),代表輸出 的 0%-100%而不是直接去改變輸出值。此功能提供了 PID 控制的手動和自動之間的無擾切換能力。第七步:生成 PID 子程序、中斷程序及符號表等一旦點擊完成按鈕,將在你的項目中生成上述 PID 子程序、中斷程序及符號表等。 圖 9. 生成 PID 子程序、中斷程序和符號表等第八步:配置完 PID 向?qū)?需要在程序中調(diào)用向?qū)傻?PID 子程序(如下圖 圖 10. PID 子程序圖 11. 調(diào)用 P

22、ID 子程序在用戶程序中調(diào)用 PID 子程序時,可在指令樹的 Program Block(程序塊中用鼠標(biāo) 雙擊由向?qū)傻?PID 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 0.0-100.0,此處應(yīng)輸入一個 0.0-100.0的實數(shù),例:若輸入 20,即為過程 值的 20%,假設(shè)過程值 AIW0是量程為 0-200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

23、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/自動方式,當(dāng) I0.0為 1時,為自動,經(jīng)過 PID 運 算從 AQW0輸出;當(dāng) I0.0為 0時,PID 將停止計算,AQW0輸出為 ManualOutput(VD4中的設(shè)定值,此時不要另外編程或直接給 AQW0賦值。若在向?qū)е袥]有選擇 PID 手動功能,則此項不會出現(xiàn)e. 定義 PID 手動狀態(tài)下的輸出,從 AQW0輸出一個滿值范圍內(nèi)對應(yīng)此值的輸出 量。此處可輸入手動設(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之間的一個實數(shù),代表輸出范圍的百分比。例:

24、如輸入 0.5,則設(shè)定為輸出的 50 %。若在向?qū)е袥]有選擇 PID 手動功能,則此項不會出現(xiàn)f. 此處鍵入控制量的輸出地址g. 當(dāng)高報警條件滿足時,相應(yīng)的輸出置位為 1,若在向?qū)е袥]有使能高報警功 能,則此項將不會出現(xiàn)h. 當(dāng)?shù)蛨缶瘲l件滿足時,相應(yīng)的輸出置位為 1,若在向?qū)е袥]有使能低報警功 能,則此項將不會出現(xiàn)i. 當(dāng)模塊出錯時,相應(yīng)的輸出置位為 1,若在向?qū)е袥]有使能模塊錯誤報警功 能,則此項將不會出現(xiàn)調(diào)用 PID 子程序時,不用考慮中斷程序。子程序會自動初始化相關(guān)的定時中斷處理 事項,然后中斷程序會自動執(zhí)行。第九步:實際運行并調(diào)試 PID 參數(shù)沒有一個 PID 項目的參數(shù)不需要修改而能

25、直接運行,因此需要在實際運行時調(diào)試 PID 參數(shù)。查看 Data Block(數(shù)據(jù)塊,以及 Symbol Table(符號表相應(yīng)的 PID 符號標(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)?或者編程向相應(yīng) 的數(shù)據(jù)區(qū)傳送參數(shù)。常問問題1、做完 PID 向?qū)Ш?如何知道向?qū)е性O(shè)定值,過程值及 PID 等參數(shù)所用的地址? 做完 PID 向?qū)Ш罂稍?Symbol Table(符號

26、表 中,查看 PID 向?qū)傻姆?表(上例中為 PID0_SYM,可看到各參數(shù)所用的詳細地址,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?如何在調(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)工藝需要隨時對 PID 參數(shù)、設(shè)定值等進行調(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)塊中直接寫入?yún)?shù)。4、做完 PID 向?qū)Ш?能否查看 PID 生成的

27、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,也不能對其進行修改。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)驗值嗎?每一個項目的 PID 參數(shù)都不一樣,沒有經(jīng)驗參數(shù),只能現(xiàn)場調(diào)試獲得。6、我的 PID 向?qū)傻某绦驗楹尾粓?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定時中斷,也不要對 SMB34賦值7、如何實現(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,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

28、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。若想實現(xiàn) PID 反作用調(diào)節(jié),需要把 PID 回路的增益設(shè)為負數(shù)。對于增益為 0的積分或 微分控制來說,如果指定積分時間、微分時間為負值,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/自動”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,會為每個 PID 回路生成一個子程序 PIDx_INIT(x = 0 - 7。在用戶程序中,必須使用 SM0.0始終調(diào)用這個子程序才能實現(xiàn) P

29、ID 功 能。下圖是一個最簡單的 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 數(shù),而可以是實際的反饋地址,或是其他變量。例如,PV_I可以是模擬量輸入地址 AIW0,也可以是存儲器地址 VW100等;Setpoint 則往往來自 V 變量存儲區(qū),這樣可以 從人機操作界面(HMI設(shè)備輸入給定值。注意 :對于 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

30、這取決于被控制的對象,如果是壓力,則給定也必須對應(yīng)于壓力值;如果是溫度,則 給定也必須對應(yīng)于溫度。給定與反饋的數(shù)值范圍對應(yīng)如果給定直接是攝氏溫度值,則反饋必須是對應(yīng)的攝氏溫度值;如果反饋直接使用模 擬量輸入的對應(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)用的模擬量輸入模塊。 圖 2. 在圖中a.處設(shè)置給定范圍 圖 3. 在圖

31、中 b.處設(shè)置反饋范圍實例假定一個 PID 控制系統(tǒng)的控制對象是壓力,反饋元件的測量范圍為 0 - 16MPa。反饋 器件的信號經(jīng)過變換,以 0 - 20mA(或 4 - 20mA電流信號的形式輸入到 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 給定實際 物理 量 模擬量輸入數(shù)值百分比形式(占 0- 16MPa的百分比物理工程單 位形式高 限 16MPa32000 100.0 n×16.0 0 (0 -20mA低 限 0 MPa6400 (4- 20mA0.0 0.0n 為比例系數(shù),為了精度高些可以設(shè)置 n=10等等又如一個溫度控制的

32、 PID 系統(tǒng),溫度值直接由熱電偶測量,輸入到 EM231 TC(熱電 偶模塊轉(zhuǎn)換為溫度值。熱電偶為 J 型,其測量范圍為 -150.0°C - 1200.0 °C。則 可按如下設(shè)置給定的范圍。表 2.反饋(雙極性 給定實際物 理量 模擬量輸入數(shù)值百分比形式(占-150°C -1200.0°C的百分比物理工 程單位 形式高 限 1200.0°C12000 100.0 1200低 限 -150.0°C-1500 0.0 -150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)置第二部分、PID

33、 自整定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)控制面板來啟動自整定功能。在同一時間最多可以 有 8個 PID 回路同時進行自整定。PID 調(diào)節(jié)控制面板也可以用來手動調(diào)試老版本的 (不支持 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 自整定會根據(jù)響應(yīng)類型而計算出最優(yōu)化的比例、積分、微分值,并可應(yīng)用到 控制中。PID 調(diào)節(jié)控制面板STEP 7-Micro/WIN V4.

34、0中提供了一個 PID 調(diào)節(jié)控制面板,可以用圖形方式監(jiān)視 PID回路的運行,另外從面板中還可以啟動、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度B. PID 輸出的取值范圍及刻度C. 實際 PC 時間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:o 選擇 PID 參數(shù)的顯示:當(dāng)前參數(shù)(Current、推薦

35、參數(shù)(Suggested、手 動輸入(Manualo 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)o 啟動 PID 自整定功能o 選擇 Advanced(高級按鈕進入高級參數(shù)設(shè)定e. 當(dāng)前的 PID 回路號這里你可以選擇需要監(jiān)視或自整定的 PID 回路f. 時間選項設(shè)定這里你可以設(shè)定趨勢圖的時基,時基以分為單位g. 圖例顏色這里你可以看到趨勢圖中不同的顏色代表不同的值的趨勢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?。PID 自整定步驟第一步:在 PID W

36、izard (向?qū)е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)硗瓿傻诙?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或點擊 進入 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,可點擊 Configure(配置按鈕運行 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,在 d.區(qū)選擇 Manual(手動,調(diào) 節(jié) PID 參數(shù)并點擊 Update(更新,使新參數(shù)值起作用,監(jiān)視其趨勢圖,根

37、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 自整定順利進行,應(yīng)當(dāng)做到:使 PID 調(diào)節(jié)器基本穩(wěn)定,輸出、反饋變化平緩,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:手動調(diào)整 PID 回路參數(shù)第三步:在 d.區(qū)點擊 Advanced(高級按鈕,設(shè)定 PID 自整定選項。如果不是很特 殊的系統(tǒng),也可以不加理會。圖 3. 設(shè)置 PID 自整定高級選項在此允許你設(shè)定下列參數(shù):a. 你可以選中復(fù)選框,讓自整定來自動計算死區(qū)值和偏移值對于一般的 PID 系統(tǒng),建議使用自動選擇。b. Hyst

38、eresis(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(正負范圍,過程反饋在這個范圍內(nèi)的 變化不會引起 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“認為”這個范 圍內(nèi)的變化是由于自己改變輸出進行自整定調(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)器才會認為它對輸出的改變發(fā)生了效果。 這個值用來減少過程變量的噪聲對自整定的干擾,從而更精確地計算出過程系統(tǒng)的自 然振動頻率。如果選用自動計算,則缺省值為 2%。如果過程變量反饋干擾信號較強(噪聲大自然變化范圍就大,可能需要人為設(shè)置一 個較大的值。但這個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。如果選擇自動計算該值,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)”