湖南   西門子   6ES7216-2BD23-0XB0   模塊 PLC  

  S7-200 PID

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• PID指令塊：參數(shù)地址采樣時(shí)間塊使用
• PID向?qū)В?/span>步驟參數(shù)地址量程設(shè)置控制面板沒(méi)有輸出例程
• PID指令塊：無(wú)擾切換調(diào)節(jié)步驟手動(dòng)至穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
• PID向?qū)В?/span>條件面板自整定編程自整定整定失敗

簡(jiǎn)介：

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。本文詳細(xì)介紹了S7-200的PID類型和各參數(shù)作用、通過(guò)PID指令功能塊和PID向?qū)煞N方式實(shí)現(xiàn)PID編程，同時(shí)給出了PID的調(diào)節(jié)步驟、手自動(dòng)無(wú)擾切換的實(shí)現(xiàn)方式，此外還對(duì)通過(guò)自整定方式進(jìn)行PID調(diào)節(jié)給出了控制面板啟動(dòng)和編程啟動(dòng)兩種詳細(xì)方案。如果想要了解更詳細(xì)的PID算法，請(qǐng)參考《S7-200系統(tǒng)手冊(cè)》中PID指令部分的相關(guān)內(nèi)容。

 

目錄
1 概覽1.1 PID的實(shí)現(xiàn)方式及數(shù)目1.2 PID輸入/輸出支持的信號(hào)類型1.3 PID實(shí)現(xiàn)反作用1.4 PID各參數(shù)作用2 PID指令塊實(shí)現(xiàn)PID2.1 介紹PID回路表2.2 通過(guò)PID指令塊實(shí)現(xiàn)PID3 向?qū)?shí)現(xiàn)PID3.1 PID向?qū)гO(shè)置步驟3.2 PID向?qū)傻慕M件介紹3.3 PID設(shè)定值與過(guò)程變量 量程設(shè)置3.4 PID調(diào)節(jié)控制面板使用
4 PID調(diào)節(jié)4.1 PID調(diào)節(jié)手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換4.2 PID調(diào)節(jié)步驟4.3 手動(dòng)調(diào)節(jié)PID至穩(wěn)定5 PID自整定5.1 PID自整定先決條件5.2 PID自整定參數(shù)介紹5.3 通過(guò)PID控制面板啟動(dòng)自整定5.2 通過(guò)編程啟動(dòng)自整定5.3 PID自整定失敗原因6 擴(kuò)展閱讀

1概覽

PID是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例－積分－微分控制算法?？刂破鞲鶕?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。

S7-200PID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。

1.1 PID的實(shí)現(xiàn)方式及數(shù)目

1.S7-200中PID功能實(shí)現(xiàn)方式有以下三種：

1. PID指令塊：通過(guò)一個(gè)PID回路表交換數(shù)據(jù)， 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。
2. PID向?qū)?/strong>：方便地完成輸入/輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換/標(biāo)準(zhǔn)化處理。PID指令同時(shí)會(huì)被自動(dòng)調(diào)用。
3. 根據(jù)PID算法自己編程（該文檔不涉及）

2.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）,根據(jù)PID算法自己編程沒(méi)有具體數(shù)目的限制，但是需要考慮PLC的存儲(chǔ)空間以及掃描周期等影響。

常見(jiàn)問(wèn)題

 同一個(gè)程序里既使用PID指令塊又使用向?qū)?，PID數(shù)目怎樣計(jì)算？

使用PID向?qū)r(shí)，對(duì)應(yīng)回路的指令塊也會(huì)調(diào)用，所以PID指令塊與向?qū)б还仓С?個(gè)。

 指令塊與向?qū)褂玫腜ID回路號(hào)是否可以重復(fù)？

不可以重復(fù)，使用PID向?qū)r(shí)，對(duì)應(yīng)回路的指令塊也會(huì)調(diào)用，所以指令塊與向?qū)褂玫腜ID回路號(hào)不能重復(fù)，否則會(huì)產(chǎn)生預(yù)想不到的結(jié)果。

 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。

1.2. PID輸入/輸出支持的信號(hào)類型

	信號(hào)類型
輸入	電壓、電流、熱電阻、熱電偶或經(jīng)過(guò)變換的實(shí)際工程量
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）

表1.2.1. PID輸入/輸出支持的信號(hào)類型

 S7-200的PID借助相關(guān)庫(kù)文件，可以實(shí)現(xiàn)三步控制 例如：使用混合閥門實(shí)現(xiàn)水溫的三步控制 ，具體參考以下鏈接：

https://support.industry.siemens.com/ cs/document/18748232?dti=0&lc=zh-CN

1.3. PID實(shí)現(xiàn)反作用

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。

1.4 PID各參數(shù)作用

計(jì)算機(jī)化的PID控制算法有幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)T_s（采樣時(shí)間），K_c（Gain，增益），T_i（積分時(shí)間常數(shù)），T_d（微分時(shí)間常數(shù)）。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：

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（PID向?qū)в肧MB34）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。提高響應(yīng)速度，減少誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)比例作用過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。

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)置為0就不起作用，控制器將作為PI調(diào)節(jié)器工作。

比例調(diào)節(jié)

提高響應(yīng)速度，減少誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)比例作用過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。 (由小到大單獨(dú)調(diào)節(jié)）

積分調(diào)節(jié)

消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，積分時(shí)間越小，積分作用越大 ，偏差得到的修正越快，過(guò)短的積分時(shí)間有可能造成不穩(wěn)定。（將調(diào)好的比例增益調(diào)整到50%~80%后，由大到小減小積分時(shí)間）

微分調(diào)節(jié)

超前調(diào)節(jié)，能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，提前抑制誤差的控制作用，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。可以改善系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，對(duì)噪聲干擾有放大作用，對(duì)具有滯后性質(zhì)的被控對(duì)象，應(yīng)加入微分環(huán)節(jié)。

2PID指令塊實(shí)現(xiàn)PID

2.1 介紹PID回路表/T96

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指令塊，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指令塊通過(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80字節(jié)（Micro/WIN4.0之前老版本，未增加PID自整定時(shí)回路表長(zhǎng)度為36字節(jié)）。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。

偏移量	域	格式	類型	描述
0	過(guò)程變量（PVn）	REAL	輸入	過(guò)程變量，必須在0.0~1.0之間
4	設(shè)定值（SPn）	REAL	輸入	設(shè)定值，必須在0.0~1.0之間
8	輸出（Mn）	REAL	輸入/輸出	輸出值，必須在0.0~1.0之間
12	增益（Kc）	REAL	輸入	增益是比例常數(shù)，可正可負(fù)
16	采樣時(shí)間（Ts）	REAL	輸入	采樣時(shí)間，單位為秒，必須是正數(shù)
20	積分時(shí)間或復(fù)位（Ti）	REAL	輸入	積分時(shí)間或復(fù)位，單位是分鐘
24	微分時(shí)間或速率（Td）	REAL	輸入	微分時(shí)間或速率，單位為分鐘
28	偏差（MX）	REAL	輸入/輸出	積分項(xiàng)前項(xiàng)，必須在0.0~1.0之間
32	過(guò)程變量前值（PVn-1）	REAL	輸入/輸出	包含最后一次執(zhí)行PID指令時(shí)存儲(chǔ)的過(guò)程變量值
36~79 保留給自整定變量

表2.1.1. PID回路表

2.2 通過(guò)PID指令塊實(shí)現(xiàn)PID/35

通過(guò)指令塊實(shí)現(xiàn)PID，需要自己編程實(shí)現(xiàn)采樣，較復(fù)雜，容易出錯(cuò)，也不能用PID控制面板進(jìn)行調(diào)節(jié)，不建議使用，如果沒(méi)有特殊要求，盡量使用PID向?qū)А?/strong>

由于PID指令塊只接受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。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。

下面簡(jiǎn)單做一個(gè)采樣時(shí)間為250ms的PID例程：

第一步，主程序內(nèi)實(shí)現(xiàn)250ms的定時(shí)中斷，如圖2.2.1


圖2.2.1. 定時(shí)中斷

第二步，在定時(shí)中斷INT_0內(nèi)調(diào)用PID指令塊。


圖2.2.2. 調(diào)用PID指令塊

圖2.2.2中

1. TBL:控制回路表的起始地址 （VB100表示 VB100~VB180地址用于該回路PID，具體地址含義以回路表為準(zhǔn)）。
2. LOOP： PID控制回路號(hào)（0~7）。

第三步，根據(jù)PID回路表，設(shè)置參數(shù)，在數(shù)據(jù)塊設(shè)置各參數(shù)的初始值


圖2.2.3. 數(shù)據(jù)塊設(shè)置參數(shù)

第四步，程序下載后根據(jù)反饋VD0與給定VD4觀察輸出VD8（直接通過(guò)狀態(tài)表修改給定反饋即可，真正應(yīng)用時(shí)需要將外圍物理量做轉(zhuǎn)換）。

 模擬量換算可以參考庫(kù)文件量程變換指令庫(kù) scale，使用方法：
http://support.automation.siemens. com/CN/view/zh/27043396
常見(jiàn)問(wèn)題



 PID指令塊可以在主程序/子程序里調(diào)用嗎？
可以，但是不推薦，主程序/子程序的循環(huán)時(shí)間每個(gè)周期都可能不同，不能保證精確的采樣，建議用定時(shí)中斷，例如SMB34/SMB35。

SMB34定時(shí)最大255ms，如果采樣時(shí)間是1S怎樣實(shí)現(xiàn)? 
采樣時(shí)間是1S，要求PID指令塊每隔1S調(diào)用一次。可以先做一個(gè)250ms的定時(shí)中斷，然后編程累加判斷每4次中斷執(zhí)行一次PID指令即可。

 PID指令塊怎樣實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)？
可以簡(jiǎn)單地使用“調(diào)用/不調(diào)用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。不調(diào)用PID指令時(shí)，可以手動(dòng)給輸出地址0.0-1.0之間的實(shí)數(shù)。

 PID指令塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出？

1.通過(guò)PWM指令，將PID輸出值轉(zhuǎn)換為所需時(shí)間基準(zhǔn)的整數(shù)，送到PWM的Pulse，控制脈寬（該法簡(jiǎn)單易用，但是要求輸出點(diǎn)只能是Q0.0或Q0.1）。

2.自己編程實(shí)現(xiàn)類似于PWM的輸出。（雖然不限制Q點(diǎn)，但編程較復(fù)雜，不建議使用，可以直接考慮用PID向?qū)В?

3 向?qū)?shí)現(xiàn)PID

在Micro/WIN中的命令菜單中選擇工具 >指令向?qū)?/strong>，然后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇PID指令：




圖3.1. 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“是” ，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3.2. 選擇需要配置的回路

3.1. PID向?qū)гO(shè)置步驟

第一步：定義需要配置的PID回路號(hào)


圖3.1.1. 選擇PID回路號(hào)




第二步：設(shè)定PID回路參數(shù)


圖3.1.2. 設(shè)置PID參數(shù)




圖3.1.2中:

1. 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)：PID給定-反饋量程設(shè)置
   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)：
2. Gain（增益）： 即比例常數(shù)。
3. 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：輸入“INF”。
4. 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 。
5. 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行薷模豢稍诔绦蛑谢驙顟B(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3.1.3. 設(shè)定PID輸入輸出參數(shù)




在圖3.1.3中，首先設(shè)定過(guò)程變量的范圍：

1. 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)到正的范圍內(nèi)變化。如輸入信號(hào)為±10V、±5V等時(shí)選用
   • 20% Offset：使用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)32000
     
2. 反饋輸入取值范圍
   • 在a.設(shè)置為單極性時(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)置為雙極性時(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.使用20%偏移時(shí)，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(jiàn)：PID給定-反饋量程設(shè)置 然后定義輸出類型
3. 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）
4. 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：?jiǎn)螛O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 - 20mA
5. 取值范圍：
   • d為Unipolar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

如果選擇了開(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)


圖3.1.4. 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)，輸出置位為1。這些功能在選中了相應(yīng)的選擇框之后起作用。

1. 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10％。此值最低可設(shè)為0.01，即滿量程的1%
2. 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%
3. 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)所處的模塊位置?！?”就是第一個(gè)擴(kuò)展模塊的位置




第五步：指定PID運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)


圖3.1.5. 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“建議地址”，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初使化子程序和中斷程序名及手/自動(dòng)模式

圖3.1.6. 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。

1. 指定PID初使化子程序的名字。
2. 指定PID中斷子程序的名字
   注意：
   1. 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?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。
   2. PID向?qū)е袛嘤玫氖?strong>SMB34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。
3. 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)0.0－1.0的實(shí)數(shù)，代表輸出的0％－100％而不是直接去改變輸出值。
   PID調(diào)節(jié)手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換




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3.1.7. 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3.1.8. PID子程序


圖3.1.9. 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。

1. 必須用SM0.0來(lái)使能 PIDx_INIT 子程序，SM0.0 后不能串聯(lián)任何其他條件，而且也不能有越過(guò)它的跳轉(zhuǎn)；如果在子程序中調(diào)用 PIDx_INIT 子程序，則調(diào)用它的子程序也必須僅使用 SM0.0 調(diào)用，以保證它的正常運(yùn)行
2. 此處輸入過(guò)程值（反饋）的模擬量輸入地址
3. 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械脑O(shè)定0.0－100.0，此處應(yīng)輸入一個(gè)0.0－100.0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A(chǔ)IW0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
4. 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(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)
5. 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)
6. 此處鍵入控制量的輸出地址
7. 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](méi)有使能高報(bào)警功能，則此項(xiàng)將不會(huì)出現(xiàn)
8. 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](méi)有使能低報(bào)警功能，則此項(xiàng)將不會(huì)出現(xiàn)
9. 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](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)。具體調(diào)節(jié)過(guò)程可以參考 PID調(diào)節(jié)




為了更好地理解 PID向?qū)У木幊蹋蓞⒖枷旅娴睦獭?/strong>

通過(guò)上述向?qū)Р襟E實(shí)現(xiàn)PID，為求程序簡(jiǎn)單可讀，未設(shè)置回路報(bào)警選項(xiàng)，僅簡(jiǎn)單常用配置，具體參見(jiàn)例程，關(guān)注程序注釋以及符號(hào)表內(nèi)容可幫助更快理解程序。




例程：S7-200 PID

注意：此指令程序的作者和擁有者對(duì)于該軟件的功能性和兼容性不負(fù)任何責(zé)任。使用該軟件的風(fēng)險(xiǎn)完全由用戶自行承擔(dān)。由于它是免費(fèi)的，所以不提供任何擔(dān)保，錯(cuò)誤糾正和熱線支持，用戶不必為 此聯(lián)系西門子技術(shù)支持與服務(wù)部門

3.2. PID向?qū)傻慕M件介紹

PID向?qū)瓿珊螅詣?dòng)生成的除PID子程序（上一節(jié)已經(jīng)介紹）以外還有數(shù)據(jù)塊、符號(hào)表以及中斷程序等組件。




1.數(shù)據(jù)塊


圖3.2.1. PID向?qū)蓴?shù)據(jù)塊


完成PID Wizard配置后，會(huì)為每個(gè)PID回路生成一個(gè)數(shù)據(jù)塊PIDx_DATA(x=0-7)。圖中可以看出數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容實(shí)際就是PID回路表以及報(bào)警的高/低限位。實(shí)際也說(shuō)明PID向?qū)腔赑ID指令塊編程經(jīng)過(guò)調(diào)整后呈現(xiàn)給用戶。




2.符號(hào)表


圖3.2.2. PID向?qū)煞?hào)表


完成PID Wizard配置后，會(huì)為每個(gè)PID回路生成一個(gè)數(shù)據(jù)塊PIDx_SYM(x=0-7)。圖中可以看出符號(hào)表內(nèi)容也是回路表相關(guān)參數(shù)。




3.中斷程序 PID向?qū)傻闹袛喑绦騊ID_EXE自動(dòng)加密，相關(guān)功能已經(jīng)附在向?qū)傻淖映绦騼?nèi)，這里不涉及。




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)再次做配置。




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)。


常見(jiàn)問(wèn)題



做完P(guān)ID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)。




 怎樣在上位機(jī)或觸摸屏上修改PID參數(shù)？




圖3.2.1/3.2.2中均能查到對(duì)應(yīng)參數(shù)地址，在上位機(jī)獲觸摸屏中修改即可，注意數(shù)據(jù)類型。




 數(shù)據(jù)塊內(nèi)設(shè)定值與過(guò)程變量以及輸出的范圍是多少？




數(shù)據(jù)塊內(nèi)的變量范圍完全與回路表內(nèi)變量范圍一致，即都是0.0-1.0之間的浮點(diǎn)數(shù)，如果向?qū)Ю镞@些變量是模擬量，或者實(shí)際工程量，向?qū)?huì)自動(dòng)換算成0.0-1.0的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。通過(guò)這些變量也可以確認(rèn)向?qū)?nèi)設(shè)置的設(shè)定值與過(guò)程變量量程是否正確。

3.3. PID設(shè)定值與過(guò)程變量 量程設(shè)置

下圖是PID向?qū)傻淖映绦颍?


圖3.3.1. 調(diào)用PID子程序




各參數(shù)在3.1章節(jié)中已經(jīng)介紹，這里對(duì)以下幾個(gè)參數(shù)著重解釋：

• PV_I： 過(guò)程反饋參數(shù)值的入口
• Setpoint_R： 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)操作界面（HMI）設(shè)備輸入給定值。




 注意：




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（過(guò)程變量）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（過(guò)程變量）的的數(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)谑褂谩癙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3.3.2. 在圖中a.處設(shè)置給定范圍


圖3.3.3. 在圖中b.處設(shè)置反饋范圍




實(shí)例




1. 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（過(guò)程變量）的的范圍。

	反饋（單極性）		給定
	實(shí)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	16 MPa	32000	100.0	n×16.0
低限	0 MPa	0 （0 - 20mA）	0.0	0.0
		6400 （4 - 20mA）

表3.3.1.反饋/給定設(shè)置 


n 為比例系數(shù)，為了精度高些可以設(shè)置n=10等等




2. 一個(gè)溫度控制的PID系統(tǒng)，溫度值直接由熱電偶測(cè)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(cè)量范圍為 -150.0°C - 1200.0 °C。則可按如下設(shè)置給定的范圍。

	反饋（雙極性）		給定
	實(shí)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 °C	12000	100.0	1200
低限	-150.0 °C	-1500	0.0	-150

表3.3.2.反饋/給定設(shè)置




在表3.3.2的例子中，給定和反饋可以按照如下方法設(shè)置


圖3.3.4. 給定范圍設(shè)置


圖3.3.5. 反饋范圍設(shè)置

3.4. PID調(diào)節(jié)控制面板使用

STEP 7-Micro/WIN V4.0中提供了一個(gè)PID調(diào)節(jié)控制面板，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)。另外從面板中還可以啟動(dòng)、停止自整定功能，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)。




 要使用PID調(diào)節(jié)控制面板，PID編程必須使用PID向?qū)瓿伞?


圖3.4.1. PID調(diào)節(jié)控制面板

在圖3.4.1中：

1. 過(guò)程值指示
   顯示過(guò)程變量的值及其棒圖
2. 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
3. 可顯示過(guò)程值、設(shè)定值及輸出值的PID趨勢(shì)圖
   
   圖3.4.2. 圖形顯示區(qū)

圖中：

1. 過(guò)程變量和設(shè)定值的取值范圍及刻度
2. PID輸出的取值范圍及刻度
3. 實(shí)際PC時(shí)間
4. 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
4. 調(diào)節(jié)參數(shù)
   這里你可以： 
   
   1. 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)
   2. 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)
   3. 啟動(dòng)PID自整定功能
   4. 選擇Advanced（高級(jí)）按鈕進(jìn)入高級(jí)參數(shù)設(shè)定 
      
5. 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
6. 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
7. 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)
8. 幫助按鈕
9. PID信息顯示窗口 
   
10. 關(guān)閉PID調(diào)節(jié)面板


常見(jiàn)問(wèn)題

 使用PID調(diào)節(jié)面板手動(dòng)調(diào)整增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間參數(shù)，修改的數(shù)值能否進(jìn)入到PLC？

可以,但是需要在參數(shù)設(shè)置完以后手動(dòng)點(diǎn)擊調(diào)節(jié)面板的Update PLC（更新PLC）按鈕，來(lái)更新PLC中的參數(shù)。




 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)。




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。




PID向?qū)傻某绦驗(yàn)楹尾粓?zhí)行或沒(méi)有輸出？




• 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)SMB34賦值
• 確認(rèn)當(dāng)前工作狀態(tài)：手動(dòng)還是自動(dòng)




 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。

4PID調(diào)節(jié)

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)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。

4.1. PID調(diào)節(jié)手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換

有些工程項(xiàng)目中可能需要根據(jù)工藝要求在不同的時(shí)刻投入、或者退出 PID 自動(dòng)控制；退出 PID 自動(dòng)控制時(shí)，控制器的輸出部分可以由操作人員直接手動(dòng)控制。這就是所謂的 PID 手動(dòng)/自動(dòng)切換。

• PID 控制處于自動(dòng)方式時(shí)，PID 控制器（S7-200 中的 PID 調(diào)節(jié)功能）會(huì)按照 PID 算法，自動(dòng)通過(guò)輸出的作用使過(guò)程反饋值跟隨給定值變化，并保持穩(wěn)定。這是一個(gè)自動(dòng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，改變給定（即設(shè)定值）的值。
• PID 控制處于手動(dòng)方式時(shí)，PID 控制器不再起自動(dòng)計(jì)算的作用。這時(shí)，控制回路的輸出是由操作人員手動(dòng)控制、調(diào)整，由操作人員觀察現(xiàn)場(chǎng)的控制效果，從而構(gòu)成人工閉環(huán)控制。

有些控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能承受較大的沖擊，這就要求在進(jìn)行 PID 自動(dòng)/手動(dòng)切換時(shí)，保持控制輸出的穩(wěn)定。這就是要求無(wú)擾動(dòng)切換。




為了達(dá)到 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制的無(wú)擾動(dòng)切換，需要在編程時(shí)注意一些相關(guān)事項(xiàng)。下面分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向?qū)Ь幊虄煞N情況作一介紹。




1.直接使用 PID 指令編程時(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換




直接使用 PID 指令塊編寫 PID 控制程序時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用“調(diào)用/不調(diào)用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。因?yàn)?PID 指令本身已經(jīng)具有實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換的能力，此時(shí)在 PID 指令控制環(huán)節(jié)之外編程沒(méi)有多大必要。




PID 指令的 EN 輸入端使能（為“1”）時(shí)，我們認(rèn)為是自動(dòng)控制模式；EN 輸入端未使能（為“0”）時(shí)，我們認(rèn)為是手動(dòng)控制模式。




PID 指令本身有一個(gè)“能流歷史狀態(tài)位”，以記錄指令的狀態(tài)切換。在 EN 端從“0”變?yōu)椤薄?”時(shí)，PID 指令認(rèn)為這是從“手動(dòng)”模式向“自動(dòng)”模式切換。PID 指令此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一系列動(dòng)作，以配合無(wú)擾動(dòng)切換：

• 使設(shè)定值（ SPn） = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置上次采樣過(guò)程變量（PVn-1） = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置積分偏差和（或所謂積分前項(xiàng)）（Mx） = 當(dāng)前輸出值（Mn）




使設(shè)定值等于當(dāng)前反饋值可以避免出現(xiàn)偏差，使之不存在調(diào)整的要求；當(dāng)然如果有工藝要求，也可以后續(xù)調(diào)整設(shè)定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續(xù)的操作中不改變輸出的值。




在編程時(shí)要注意：

• 從自動(dòng)模式向手動(dòng)模式切換時(shí)，PID 指令的 EN 端不再有能流，計(jì)算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時(shí)如果需要操作人員人工觀察控制的結(jié)果，手動(dòng)控制輸出量，就可以通過(guò)用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲(chǔ)單元內(nèi)容（見(jiàn)數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)手冊(cè)的相關(guān)部分內(nèi)容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)化換算。
• 為保證從手動(dòng)模式向自動(dòng)模式的切換無(wú)擾動(dòng)，需要在手動(dòng)控制時(shí)，或在切換過(guò)程中，禁止對(duì) PID 回路表中設(shè)定值的更新，以便切換時(shí) PID 指令用當(dāng)前過(guò)程反饋值替代設(shè)定值。切換完成后，操作人員可以調(diào)整設(shè)定值。




2.使用 PID 向?qū)Ь幊虝r(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換




使用 PID 指令向?qū)Ь幊虝r(shí)，指令向?qū)?huì)自動(dòng)調(diào)用 PID 指令，并且編寫外圍的控制變量標(biāo)準(zhǔn)化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向?qū)r(shí)，需要在用戶程序中用 SM0.0 調(diào)用指令向?qū)傻淖映绦颍ㄈ?PIDx_INIT 子程序）。PID 向?qū)Э梢陨蓭ё詣?dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序，這個(gè)子程序使用一個(gè)數(shù)字量點(diǎn)為“1”、“0”的狀態(tài)來(lái)控制是否投入 PID 自動(dòng)控制。




 到目前為止（STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5），使用 PID 向?qū)傻淖映绦驎r(shí)，由于用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無(wú)擾切換能力因?yàn)楦袅送鈿ぷ映绦?，所以受到了局限。如果?duì)無(wú)擾切換要求比較嚴(yán)格，需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控制子程序。


圖 4.1.1. PID 向?qū)傻闹噶?

圖中：

1. 過(guò)程反饋量
2. 設(shè)定值，實(shí)數(shù)
3. 自動(dòng)/手動(dòng)控制，“1”=自動(dòng)，“0”=手動(dòng)
4. 手動(dòng)控制輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)
5. PID 控制輸出值

要實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，必須：

• 在從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值（VD2004）等于當(dāng)前的實(shí)際控制輸出值；
• 在從手動(dòng)向自動(dòng)切換使，使設(shè)定值相當(dāng)于當(dāng)前的過(guò)程反饋值。

為此，可編寫類似下圖所示的程序，放在 PID 控制子程序之前：



4.1.2. 無(wú)擾切換處理程序

圖中：

1. 自動(dòng)/手動(dòng)切換控制點(diǎn)
2. 從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值等于實(shí)際當(dāng)前值
3. 從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，把當(dāng)前反饋量換算為相應(yīng)的給定值



 上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫(kù)中的子程序。這是為了解決過(guò)程反饋與設(shè)定值之間的換算問(wèn)題。用戶也可以自己編程換算，或者根據(jù)反饋與給定的取值范圍決定是否需要換算。




 此段程序適用于 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 及以前版本，僅供參考，如果在實(shí)際項(xiàng)目中使用，上述程序未必一定適用。用戶需要根據(jù)實(shí)際工藝決定自己的編程思路。




4.2. PID調(diào)節(jié)步驟簡(jiǎn)介

建議PID參數(shù)調(diào)節(jié)步驟：




（1）前提條件：反饋信號(hào)是否穩(wěn)定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常以及控制器的正反作用。（確保PID在自動(dòng)模式下）




（2）積分時(shí)間設(shè)置為無(wú)窮大INF（或9999.9），此時(shí)積分作用近似為0；將微分時(shí)間設(shè)置為0.0，此時(shí)微分作用為0 。然后開(kāi)始調(diào)節(jié)比例作用，逐步增大比例增益




（3）當(dāng)過(guò)程變量達(dá)到給定值且在給定值上下波動(dòng)，將調(diào)好的比例系數(shù)調(diào)整到50%~80%后，由大到小減小積分時(shí)間，直到過(guò)程值與設(shè)定值相等或無(wú)限接近




PID調(diào)節(jié)有很多種方法，以上僅是建議步驟，也并未考慮微分作用，客戶依據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)可以參考反饋與給定的曲線圖




用戶經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：嘗試了很多組PID參數(shù)，都無(wú)法滿足控制器的要求， 此時(shí)需要考慮PID的采樣時(shí)間是否適合當(dāng)前系統(tǒng)。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。采樣時(shí)間過(guò)短，兩次實(shí)測(cè)值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運(yùn)算負(fù)擔(dān)；采樣間隔過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)引起有用信號(hào)的丟失，使系統(tǒng)品質(zhì)變差，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。除此以外，也有可能是系統(tǒng)自身的問(wèn)題，無(wú)法調(diào)節(jié)到穩(wěn)定，例如， 不規(guī)律的干擾，或者反饋信號(hào)不穩(wěn)定。

4.3. 手動(dòng)調(diào)節(jié)PID至穩(wěn)定

問(wèn)題與解決方法：

1. PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)變化
 
圖 4.3.1

產(chǎn)生原因：

• 增益（Gain）值太高
• PID掃描時(shí)間（sample time）太長(zhǎng)（對(duì)于快速響應(yīng)PID的回路）
  

解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時(shí)間