S7-200PLC編程及應(yīng)用課件第八章

PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應(yīng)用PIDPLCEM232EM2311、PID—模擬控制系統(tǒng)中的PID控制器在閉環(huán)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用PID控制（即比例一積分一微分控制）。PID控制器調(diào)節(jié)回路輸出。為使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)讓偏差e趨于零。偏差e是給定值SP和過(guò)程變量PV的差?；芈返妮敵鲎兞縈（t）是時(shí)間t的函數(shù)。它可以看作是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)、微分項(xiàng)三項(xiàng)之和。C（t）:PID回路的輸出，是時(shí)間函數(shù)；

KC

:PID回路的增益；e:PID回路的偏差；M0:PID回路輸出的初始值。

PLCEM232EM2311、PID—離散控制系統(tǒng)中的PID控制器離散化為：積分項(xiàng)是包括從第1個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差。計(jì)算中沒(méi)有必要保存所有采樣周期的誤差項(xiàng)。只需保存積分項(xiàng)前值Mn即可。進(jìn)一步化簡(jiǎn)為：比例項(xiàng)：積分項(xiàng)：

微分項(xiàng)：

微分用差分近似積分用求和近似模擬PID算法：2、PID控制指令TBL:是回路表的起始地址，操作數(shù)限用變量區(qū)V，類(lèi)型B（VB）L00P:回路號(hào)，可以是0到7的整數(shù)（BYTE型）,故在程序中最多可以用8條PID指令。進(jìn)行P1D運(yùn)算的前提條件是邏輯堆棧棧頂（TOS）值必須為1。PID回路指令不可重復(fù)使用同一個(gè)回路號(hào)（即使它們有不同的回路表地址），否則PID計(jì)算將相互干擾，輸出將不可預(yù)知。PIDTBL,LOOP單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分析可知：每個(gè)PID只能有一個(gè)回路號(hào)（回路表中設(shè)置該P(yáng)ID的基本參數(shù)及輸入輸出參數(shù)）S7-200執(zhí)行PID指令時(shí)為“自動(dòng)”運(yùn)行方式。不執(zhí)行PID指令時(shí)為“手動(dòng)”方式。PID指令有一個(gè)允許輸入端（EN）。當(dāng)該輸入端檢測(cè)到一個(gè)正跳變（從0到1）信號(hào)，PID回路就從手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式?；芈繁黹L(zhǎng)度36個(gè)字節(jié)（如圖），增加了PID自整定后擴(kuò)展到80個(gè)字節(jié)，P192回路表：P192無(wú)擾動(dòng)切換時(shí)，系統(tǒng)把手動(dòng)方式的當(dāng)前輸出值填入回路表中的Mn欄，用來(lái)初始化輸出值Mn，且進(jìn)行一系列的操作，對(duì)回路表中的值進(jìn)行設(shè)定：

置給定值SPn=過(guò)程變量PVn 置過(guò)程變量前值PVn-1＝過(guò)程變量當(dāng)前值PVn 置積分項(xiàng)前值MX＝輸出值MnPID指令的使用一、回路輸入量的轉(zhuǎn)換及歸一化

LDSM0.1XORDAC0，AC0//清累加器AC0ITDAIW0，AC0//把整數(shù)轉(zhuǎn)化為雙整數(shù)DTRAC0，AC0//把雙整數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)編寫(xiě)PID程序時(shí)：首先將工程實(shí)際值由16位整數(shù)（sp、pv）轉(zhuǎn)化為0.00～1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)；其次，PID運(yùn)算結(jié)束后，將回路輸出的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。∵對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，sp和pv的大小、范圍和工程單位都不同，故PID指令在對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算之前必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)即實(shí)數(shù)即歸一化處理/R64000.0，AC0//將AC0中的雙極性模//擬量值進(jìn)行歸一化+R0.5，AC0//OFFset處理（雙極性時(shí)）MOVDAC0，VD200//將歸一化結(jié)果存入//TABLE中（設(shè)TABLE表地址為VB200）將實(shí)數(shù)格式的工程實(shí)際值轉(zhuǎn)化為[0.0，1.0]之間的無(wú)量綱相對(duì)值，用下式來(lái)完成這一過(guò)程：RN為工程實(shí)際值的歸一化值；RR為工程實(shí)際值的實(shí)數(shù)形式值，未歸一化處理。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)又分為雙極性（圍繞0.5上下變化）和單極性（以0.0為起點(diǎn)在0.0和1.0之間的范圍內(nèi)變化）兩種:對(duì)于雙極性，OFFset為0.5；對(duì)于單極性，OFFset為0，SP表示值域的大小，通常單極性時(shí)取32000，雙極性時(shí)取64000。

二、回路控制輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定的整數(shù)值其中：RS:為已按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式的回路輸出；

Mn:為歸一化實(shí)數(shù)格式的回路輸出

將回路輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定整數(shù)值的公式為：//將回路輸出結(jié)果（設(shè)TABLE表//地址為VB200）放入AC0//雙極性時(shí)減去0.5

//將AC0中的值按工程量標(biāo)定

//將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為32位雙整數(shù)

//雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)

//把整數(shù)值送到到模擬量輸出//通道（設(shè)為AQW0）將回路輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式

將已標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式的回路輸出轉(zhuǎn)化為16位的整數(shù)格式，并輸出

選擇PID回路類(lèi)型在大部分模擬量的控制中，使用的回路控制類(lèi)型并不是比例、積分和微分三者俱全。例如，只需要比例回路或只需要比例積分回路。通過(guò)對(duì)常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類(lèi)型。關(guān)閉積分回路：把積分時(shí)間TI設(shè)置為無(wú)窮大，此時(shí)雖然由于有初值Mx使積分項(xiàng)不為零，但積分作用可以忽略。關(guān)閉微分回路：把微分時(shí)間Td設(shè)置為0，微分作用即可關(guān)閉。關(guān)閉比例回路：把比例增益Kc設(shè)置為0，則只保留積分和微分項(xiàng)。但是積分項(xiàng)和微分項(xiàng)與Kc有關(guān)系，因此約定，此時(shí)用于積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的增益為1。實(shí)際工作中，使用最多的是PI調(diào)節(jié)器。PID指令應(yīng)用舉例：恒壓供水系統(tǒng)該系統(tǒng)需要保持壓力恒定(∵P=pgh，故P與H成正比，∴可通過(guò)檢測(cè)液位來(lái)控制壓力)，水以變化的速率不斷地從水儲(chǔ)罐取出，這就需要有一個(gè)泵以不同的速度給儲(chǔ)罐供水，以維持壓力不變，并防止罐空。手動(dòng)控制水泵速度直至水罐注滿(mǎn)75%(SP)，然后閥門(mén)打開(kāi)，使水從水罐中排出。同時(shí)，水泵從手動(dòng)控制模式轉(zhuǎn)換為自動(dòng)控制模式。將使用數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)至自動(dòng)的轉(zhuǎn)換。過(guò)程變量（PV）由浮點(diǎn)型測(cè)量變送器提供儲(chǔ)罐充滿(mǎn)程度的相同讀數(shù)，可以0%到100%（全滿(mǎn)）之間變化輸出是泵速的數(shù)值，允許泵從最大速度的0%到100%運(yùn)行。給定值可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路表中，過(guò)程變量值是來(lái)自水位表的單極性模擬量，回路輸出值也是單極性模擬量用來(lái)控制進(jìn)水泵速度這兩個(gè)模擬量的范圍是0.0-1.0，分辨率為1/32000(標(biāo)準(zhǔn)化)。本系統(tǒng)中：只使用比例和積分控制，其回路增益和積分時(shí)間可以通過(guò)工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整已達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和積分時(shí)間為：KC為0.25；TS為0.1秒；TI為30分鐘；I0.0是手／自動(dòng)控制：0代表手動(dòng)，1代表自動(dòng)手動(dòng)控制模式時(shí)：操作員將水泵速度寫(xiě)入VD108，此為0.0至1.0之間的實(shí)數(shù)。恒壓供水系統(tǒng)程序：

//主程序

//子程序（SBR-0） P192回路表

//載入循環(huán)給定值75%//比例增益KC=0.25//采樣時(shí)間TS=0.1秒//積分時(shí)間TI=30分鐘//設(shè)置無(wú)微分計(jì)算//為定時(shí)中斷INT_0:100ms//設(shè)置定時(shí)中斷//激活//定時(shí)中斷0子程序（INT-0）

//將整數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)

//將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)

//將數(shù)值歸一化

//將歸一化

PV存入循環(huán)表

//將輸出Mn標(biāo)度為整數(shù)

//取整

//將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為整數(shù)//將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)

//將數(shù)值輸出

//I0.0=1時(shí)泵由手動(dòng)切換到自動(dòng)模式

為減少編寫(xiě)PID控制程序的難度，S7-200編程軟件設(shè)置了PID指令向?qū)?，方法?、指令樹(shù)/向?qū)?PID圖標(biāo)；2、工具/指令向?qū)?在其對(duì)話(huà)框中選擇PID并設(shè)置相關(guān)內(nèi)容。PID指令向?qū)В阂弧⒏腻e(cuò)Q1.0圖aM9.9C256I0.0Q10.0T37I0.0I0.2ENIRCTUCUPVENINTENOATCHEVNTC4INT-013ENENONHSC7圖cQ0.5I0.0M0.0Q0.0M9.9圖b