PDF《如何使用 S7-200CPU 的PID 控制》

1 如何使用 S7-200CPU 的PID 控制 第一部分、PID 控制 S7-200 能够进行 PID 控制.

S7-200 CPU 最多可以支持

8 个PID 控制回路(8 个PID 指 令功能块). PID 是闭环控制系统的比例-积分-微分控制算法. PID 控制器根据设定值(给定)与被控对象的实际值(反馈)的差值,按照 PID 算法 计算出控制器的输出量,控制执行机构去影响被控对象的变化. PID 控制是负反馈闭环控制,能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动,使反馈 跟随给定变化. 根据具体项目的控制要求,在实际应用中有可能用到其中的一部分,比如常用的是 PI (比例-积分)控制,这时没有微分控制部分. PID 算法在 S7-200 中的实现 PID 控制最初在模拟量控制系统中实现,随着离散控制理论的发展,PID 也在计算机化 控制系统中实现. 为便于实现,S7-200 中的 PID 控制采用了迭代算法.详细的计算方法请参考《S7-200 系统手册》中PID 指令部分的相关内容. 计算机化的 PID 控制算法有几个关键的参数 Kc(Gain,增益),Ti(积分时间常 数),Td(微分时间常数),Ts(采样时间). 在S7-200 中PID 功能是通过 PID 指令功能块实现.通过定时(按照采样时间)执行 PID 功能块,按照 PID 运算规律,根据当时的给定、反馈、比例-积分-微分数据, 计算出控制量. PID 功能块通过一个 PID 回路表交换数据,这个表是在 V 数据存储区中的开辟,长度 为36 字节.因此每个 PID 功能块在调用时需要指定两个要素:PID 控制回路号,以及 控制回路表的起始地址(以VB 表示). 由于 PID 可以控制温度、压力等等许多对象,它们各自都是由工程量表示,因此有一 种通用的数据表示方法才能被 PID 功能块识别.S7-200 中的 PID 功能使用占调节范围 的百分比的方法抽象地表示被控对象的数值大小.在实际工程中,这个调节范围往往 被认为与被控对象(反馈)的测量范围(量程)一致.

2 PID 功能块只接受 0.0 - 1.0 之间的实数(实际上就是百分比)作为反馈、给定与控 制输出的有效数值,如果是直接使用 PID 功能块编程,必须保证数据在这个范围之 内,否则会出错.其他如增益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数. 因此,必须把外围实际的物理量与 PID 功能块需要的(或者输出的)数据之间进行转 换.这就是所谓输入/输出的转换与标准化处理.《S7-200 系统手册》上有详细的介 绍. S7-200 的编程软件 Micro/WIN 提供了 PID 指令向导,以方便地完成这些转换/ 标准化处理.除此之外,PID 指令也同时会被自动调用. 调试 PID 控制器 PID 控制的效果就是看反馈(也就是控制对象)是否跟随设定值(给定),是否响应 快速、稳定,是否能够抑制闭环中的各种扰动而回复稳定. 要衡量 PID 参数是否合适,必须能够连续观察反馈对于给定变化的响应曲线;

而实际 上PID 的参数也是通过观察反馈波形而调试的.因此,没有能够观察反馈的连续变化 波形曲线的有效手段,就谈不上调试 PID 参数. 观察反馈量的连续波形,可以使用带慢扫描记忆功能的示波器(如数字示波器),波 形记录仪,或者在 PC 机上做的趋势曲线监控画面等. 新版编程软件 STEP

7 - Micro/WIN V4.0 内置了一个 PID 调试控制面板工具,具有 图形化的给定、反馈、调节器输出波形显示,可以用于手动调试 PID 参数.对于没有 自整定 PID 功能的老版 CPU,也能实现 PID 手动调节. PID 参数的取值,以及它们之间的配合,对PID 控制是否稳定具有重要的意义.这些 主要参数是: ? 采样时间: 计算机必须按照一定的时间间隔对反馈进行采样,才能进行 PID 控制的计算.采样时 间就是对反馈进行采样的间隔.短于采样时间间隔的信号变化是不能测量到的.过短 的采样时间没有必要,过长的采样间隔显然不能满足扰动变化比较快、或者速度响应 要求高的场合. 编程时指定的 PID 控制器采样时间必须与实际的采样时间一致.S7-200 中PID 的采 样时间精度用定时中断来保证. ? 增益(Gain,放大系数,比例常数) 增益与偏差(给定与反馈的差值)的乘积作为控制器输出中的比例部分.过大的增益 会造成反馈的振荡.