西門子200PID

1、如何使用S7-200CPU的PID控制S7-200能夠進(jìn)行PID控制。S7-200 CPI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(méi)有微分控制部分。1、PID 算法在 S7-200 中的實(shí)現(xiàn)PID控制最

2、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(guò)PID指令功能塊實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)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(guò)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(kāi)辟， 長(zhǎng)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（以 V

3、B 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(cè)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

4、 功能塊需要的 （或者輸出的） 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(cè)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(guò)觀察反饋波形而調(diào)試的。 因此， 沒(méi)有能夠觀察反饋的連續(xù)

5、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(jī)上做的趨勢(shì)曲線監(jiān)控畫面等。新版編程軟件 STEP7 - Micro/WIN V4.0 內(nèi)臵了一個(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(méi)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

6、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)間間隔的信號(hào)變化是不能測(cè)量到的。 過(guò)短的采樣時(shí) 間沒(méi)有必要，過(guò)長(zhǎng)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(chǎng)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(lái)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(guò)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(guò)短的積分時(shí)間有可能造

7、成不穩(wěn)定。積分時(shí)間的長(zhǎng)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(méi)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(zhǎng)， 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?shì)的預(yù)測(cè)性調(diào)整。如果將微分時(shí)間設(shè)臵為 0 就不起作用，控制器將作為 PI 調(diào)節(jié)器工作。1.2 常見(jiàn)問(wèn)題1對(duì)于某個(gè)具體的 PID 控制項(xiàng)目，是否可能事

8、先得知比較合適的參數(shù)？有沒(méi)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(méi)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(méi) 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(guò)實(shí)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(kāi)環(huán)測(cè)試。 所謂開(kāi)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?？梢栽囍o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

9、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(guò)大、積分時(shí)間過(guò)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(guò)小、積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)總之，PID參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)綜合的、互相影響的過(guò)程，實(shí)際調(diào)試過(guò)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(méi)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”。

10、沒(méi)有積分控制的比例控制系統(tǒng)中，沒(méi)有偏差就沒(méi)有輸出量，沒(méi)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(jiàn)PID向?qū)е械某?wèn)問(wèn)題。5. S7-200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(shuí)的PID功能？可以 根據(jù)具體情況使用。一般來(lái)說(shuō)，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(cè)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(cè)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P

11、ID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 - PID 向?qū)icro/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(guò)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(kāi)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(yǔ)義，我們建

12、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 > InstructionWizard，然后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇PID指令：圖1.選擇PID向?qū)г谑褂孟驅(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(méi)有編完的指令，編譯不能通過(guò)。如果你的項(xiàng)目中已經(jīng)配臵了一個(gè)PID回路，則向?qū)?huì)指出已經(jīng)存在的 PID回路，并讓你選擇是配臵修改已有的回路，還是配臵一個(gè)新的回路：圖2.選擇需

13、要配臵的回路第一步：定義需要配臵的PID回路號(hào)圖3.選擇PID回路號(hào)第二步：設(shè)定PID回路參數(shù)圖4.設(shè)臵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(guò)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(jiàn)：設(shè)臵給 定一反饋的量程范圍。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(wú)窮大：999

14、9.99d. Derivative Time （微分時(shí)間）：如果不想要微分回路，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(chǎng)調(diào)試來(lái)定，沒(méi)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(guò)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0 10V或0 20mA等 Bipolar :雙極性，輸入信號(hào)在從負(fù)到正的

15、范圍內(nèi)變化。如輸入信號(hào)為土 10V、± 5V等時(shí)選用 20% Offset :選用20%偏移。如果輸入為4 20mA則選單極性及此項(xiàng)，4mA是0 20mA 信號(hào)的20% 所以選20%偏移，即4mA對(duì)應(yīng)6400, 20mA對(duì)應(yīng)32000b. 反饋輸入取值范圍 在a.設(shè)臵為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)臵為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 不同可以是土 10V、土 5V等在a.選中20% Offset 時(shí)，取值范圍為6400 - 3200

16、0，不可改變此反饋輸入也可以是工程單位數(shù)值，參見(jiàn)：設(shè)臵給定-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(lái)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 0 10V或0 20mA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 - 20mAe. 取值范圍： d為Uni

17、polar 時(shí)，缺省值為 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?nèi)绻x擇了開(kāi)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)Suggest AddressVBO! IhDutfiVBGZ圖6.設(shè)定回路報(bào)警限幅值向?qū)峁┝巳齻€(gè)輸出來(lái)反映過(guò)程值(PV)的低值報(bào)警、高值報(bào)警及過(guò)程值模擬量模塊錯(cuò)誤狀態(tài)。當(dāng)報(bào)警條件滿足時(shí)，輸出臵位為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(guò)程值(PV)報(bào)警的低值，此值為過(guò)程值的百分?jǐn)?shù)，缺省值為0.10，即報(bào)警的低值為過(guò)程值的

18、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(guò)程值(PV)報(bào)警的高值，此值為過(guò)程值的百分?jǐn)?shù)，缺省值為0.90，即報(bào)警的高值為過(guò)程值的 90%。此值最高可設(shè)為1.00，即滿量程的100%c. 使能過(guò)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)所處的模塊位臵。0”就是第一個(gè)擴(kuò)展模塊的位臵第第五步：指定PID運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)S7 20 D Instruction Wizard (PID)Allocate Menra for ConfiguralionThe loop I able doisc Ihesed for ccnboilingi the bop operab

19、an. The table i$ 38in size. AddiRand虬 the： opiionE jiou have selected requrc: 32 byles of data farPlease specily aV-mefroiy bj/tewheie 6S byte can 二日 alkiDated far the PID table andcalcutatons area.T he wizard can auggest an address Uhal reprB£«nts an unused bbck of V-metnoiy of the carect

20、 對(duì)zecPtfivNe；Q | Cancel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(lái)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 Address ”，則向?qū)⒆詣?dòng)為你設(shè)定當(dāng)前程序中沒(méi)有用過(guò)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(cè)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

21、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 如果你的項(xiàng)目中已經(jīng)存在一個(gè)PID配臵，則中斷程序名為只讀，不可更改。因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目中所有PID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

22、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)0.0 1.0的實(shí)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(dòng)和自動(dòng)之間的無(wú)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)表等。圖9.生成PID子程序、中斷程序和符號(hào)表等第八步：配臵完P(guān)ID向?qū)枰诔绦蛑姓{(diào)用向?qū)傻?PID子程序（如下圖）TabfeI imersLibraries匸別 SubroutinesO SBR_0RDQ INIT圖10. PID子程序Network 1Network TOeNetwork Com

23、mentSMO.O1 |WINIT匚bdAQWO f.-qoo g.01 h,-Q0.2 L1 1b. AIWO-c. 200-Ct 10.0臥06-tixiFVJOutputSetpoint_RHighAlormAuto ManuaiLowAlarmMsnualOutputModuleErr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(shù)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(lái)使能PID，以保證它的正常運(yùn)行b. 此處輸入過(guò)程值（反饋）的模擬量輸入地址c. 此處

24、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械脑O(shè)定 0.0100.0 ，此處應(yīng)輸入一個(gè) 0.0100.0 的實(shí)數(shù)，例：若輸入 20，即為過(guò)程值 的20 ， 假設(shè)過(guò)程值 AIW0 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10.0 控制PID的手/自動(dòng)方式，當(dāng)10.0為1時(shí)，為自動(dòng)，經(jīng)過(guò)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

25、程或直接給 AQW0賦值。若在向?qū)е袥](méi)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](méi)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)的輸出臵位為1 ，若在向?qū)е袥](méi)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)的輸出臵位為1，若在向?qū)е袥](méi)有使能低報(bào)警功能，則此項(xiàng)將不會(huì)出現(xiàn)。i

26、. 當(dāng)模塊出錯(cuò)時(shí)， 相應(yīng)的輸出臵位為 1，若在向?qū)е袥](méi)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(méi)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

27、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?或者編程向 相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)傳送參數(shù)。1.5 常見(jiàn)問(wèn)題1做完 PID 向?qū)Ш?，如何知道向?qū)е性O(shè)定值，過(guò)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： 2 1 1 1 ' 3 r i ''5-i . i & r i - y Q S

28、ymbolAcUresEComment1F1D0_Lc*ai_AlarmVD116；二I ! U2F1D0 High AkirmVD11-2H igh Alam Limil3FlDOModeV32.04RD0_WSVBS25F1D0_D_Cout>tffrVW0OE口piDO_b_TjmeTime-7OF1D0 l TtfneVD20Integral 1 ime8OPlDOSampteT imeVD16£iample lime (7 o rnodfy, rerun the RD Wizard9口P1D0_GainVD12Loop Gesn10F1DQ_0uiputvtif：CA

29、tauldted. Noimalizesd Lw Omput11F1D0_SFVD4N ocmaized Hoc ess 占日護(hù) oihl12P1D0_FVVDON orrnalzfsd Piocess Variable130AD0 IableVBOLoop 1 able： Starting mddr靳名 tor PlD 0圖12. PID數(shù)據(jù)塊2、做完P(guān)ID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(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

30、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(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、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) SMB3 4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

31、饋溫度（過(guò)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(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)臵完成 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 ）。在用戶程序中

32、，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：SMO.OIIPIDOJNITCM1 1PV 1Output?Setpoin-'圖1.調(diào)用PID子程序（圖形質(zhì)量不好）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)

33、操作界面 （HMI） 設(shè)備輸入給定值。對(duì)于PID控制系統(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)谑褂肞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

34、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)臵給定范圍S7. SCDIhstructiDn Wizard (P1D)Lgod 1st OpGomVliFrdy hnw ihp Imp PrnriRss VarwhlA |Wj shrndrl hp artAlprl Thft I mp W is a |vwApmRh= 円“ spezi 伽 Ihe subrouline genertted 切 I he wiz-ard.b.larLlse2OOfFsgtX 3Low RngeHigh Range32000Low (Jutiput 口 phcn$Spec how I

35、!he loop Output shoJd be scaled. The Loop OuFjxit is a paramelef you specif hr the suboutrie gen&a«ed by the 畑引d. ubii Tppe I AnginaSeanpolarUse 2C.0 sed.LiLow RangeHigh RangeJZOILI圖3.在圖中b.處設(shè)臵反饋范圍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(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 E

36、M231模擬量輸入模 塊中。據(jù)此，我們可以按下表設(shè)臵給定、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16MPa32000100.0n X 16.0低 限0MPa0 (0-20mA)0.00.06400(4-20mA)n為比例系數(shù)，為了精度高些可以設(shè)臵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)臵57-200 InfLruchoii Wiurd (P1D)Loop Input Opfon$Specify haw the Imp Process Variable (PV) should b?The Loup FV i?a 片旳曲瀟 ygusp

37、ecify for the subroutine generated by the wizard.Loop Output OpticnsOutputScaling二|UrcUr _*JLow Rnge |0廠 Lse20 OffsetHi® Range |32000Specify how the loop Ouhput should be seated. The Loop Oirtpit is a parametei you specify for the subroutine generated by Ihe wizard.cPrevNeMt> I Cancel , nt j

38、Ml 4.h i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(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諴ID自整定）CPI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、微分值，并可應(yīng)用到控制中。22 PID調(diào)節(jié)控制面板S

39、TEP 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。凹吩trjien，力處/A團(tuán)懊Pl勺以陽(yáng)叨、TT1C日翌T疋軸枕。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)圖圖中：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寸間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

40、：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(lái)更新PLC中的參數(shù) 啟動(dòng)PID自整定功能選擇Advaneed （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，PID編程必須使用PID向?qū)瓿伞?.

41、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)?lái)完成第二步：打開(kāi)PID調(diào)節(jié)控制面板，設(shè)臵 PID回路調(diào)節(jié)參數(shù) 在Miero/WIN V4.0在線的情況下，從主菜單 Tools > PID Tu ne Co ntrol Pan el或點(diǎn) 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Con figure （配臵）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，

42、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骄彛⑶沂狗答伇容^接近給定設(shè)臵合適的給定值，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)第三步：在d.區(qū)點(diǎn)擊Advaneed （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(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)）：

43、死區(qū)值規(guī)定了允許過(guò)程值偏離設(shè)定值的最大 化不會(huì)引起PID自整定調(diào)節(jié)器改變輸出，或者使 化是由于自己改變輸出進(jìn)行自整定調(diào)節(jié)而引起的。（正負(fù)）范圍，過(guò)程反饋在這個(gè)范圍內(nèi)的變PID自整定調(diào)節(jié)器“認(rèn)為”這個(gè)范圍內(nèi)的變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)臵一個(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. Deviatio n（偏差）：偏差值決定了允許過(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)臵為比較小的值，但是要和上述死區(qū)”設(shè)臵保持比例關(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. I ni tial 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)