第10章PID控制PID概述PID_CompactPID_TempPID_3Step1PID概述

PID的原理S7-1200PID功能S7-1200PID指令的區(qū)別PID的原理——自動控制自動控制開環(huán)控制給定控制擾動控制反饋控制復(fù)合控制最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制PID的原理——（反饋控制）通過反饋信息，修正被控量信息與輸入量之間的偏差控制器補(bǔ)水閥變送器水位設(shè)定汽包水位蒸汽汽包給水LTLCPID的原理——（反饋控制系統(tǒng)的組成）執(zhí)行元件放大元件被控對象測量元件輸入量輸出量-測量元件；給定元件；比較元件；放大元件；執(zhí)行元件。+PID的原理——（PID控制）執(zhí)行元件放大元件被控對象測量元件輸入量輸出量-+基于反饋控制理論，在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的比例、積分、微分控制，簡稱PID控制PID控制PID的原理——（比例、積分、微分的作用）P調(diào)節(jié)迅速，減小誤差存在靜差，過大容易震蕩I消除靜差導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢改善系統(tǒng)動態(tài)性能，減少超調(diào)，減少時間對噪聲干擾有放大作用，對系統(tǒng)抗干擾不利DPID控制PID的原理——（PID優(yōu)點(diǎn)）原理簡單實(shí)用方便；實(shí)用性強(qiáng)；可以廣泛應(yīng)用在化工，冶金等領(lǐng)域；控制品質(zhì)對其被控對象特性的變化不大敏感；對模型依賴性少，按PID控制進(jìn)行工作的自動控制調(diào)節(jié)器早已商品化。S7-1200PID功能提供3個PID指令：PID_Compact、PID_3Step、PID_TempPID的調(diào)節(jié)回路數(shù)僅受程序大小及執(zhí)行時間影響，沒有具體數(shù)量限制；支持抗積分飽和功能；支持不同錯誤的響應(yīng)；TIA提供了調(diào)試面板。具有模擬量或PWM輸出的連續(xù)PID控制用于集成的執(zhí)行器的專用步進(jìn)式控制器可帶兩個執(zhí)行器的用于加熱和冷卻的溫度控制器S7-1200PID指令——S7-1200抗積分飽和功能原因被控對象偏差一時無法消除一段時間之后，控制器輸出將進(jìn)入積分飽和狀態(tài)危害系統(tǒng)失去控制，造成控制性能惡化S7-1200PID指令——S7-1200抗積分飽和功能(PID_Compact&PID_3Stemp)達(dá)到調(diào)節(jié)值限值，此時積分分量IntegralSum將不再增加/減S7-1200PID指令——S7-1200抗積分飽和功能(PID_Temp)AntiWindUpMode響應(yīng)0從控制器輸出達(dá)到限值，主控制器不響應(yīng)1從控制器輸出達(dá)到限值，主控制器積分作用減弱2任一從控制器輸出達(dá)到限值，主控制器積分作用立即暫停S7-1200PID功能PID_3Step、PID_Temp支持死區(qū)；PID_Temp支持控制帶；PID_Temp支持串級控制。S7-1200PID指令——死區(qū)SetpointSetpoint+死區(qū)Setpoint-死區(qū)Input·OutputS7-1200PID指令——控制帶SetpointSetpoint+控制帶Setpoint-控制帶InputOutputS7-1200PID指令背景DB的存儲區(qū)需求CPU處理時間（典型）PID_Compact裝載存儲區(qū)，約12000bytesCPU121XC(FW>=4.1)300us工作存儲區(qū)788bytes保持性存儲區(qū)44bytesPID_3Step裝載存儲區(qū)，約15000bytesCPU121XC(FW>=4.1)410us工作存儲區(qū)1040bytes保持性存儲區(qū)60bytesPID_Temp裝載存儲區(qū)，約17000bytesCPU121XC(FW>=4.1)580us工作存儲區(qū)1280bytes保持性存儲區(qū)100bytesS7-1200PID指令——PID_Compact連續(xù)的PID控制可輸出模擬量或脈沖寬度調(diào)制PWM輸出S7-1200PID指令——PID_3Step用于開關(guān)量信號控制的執(zhí)行器輸出用于模擬量或二進(jìn)制閥門控制位置反饋/停止信號集成的電機(jī)轉(zhuǎn)換時間測量支持死區(qū)控制S7-1200PID指令——PID_Temp兩套控制器參數(shù)用于加熱和冷卻模擬量或脈寬調(diào)制信號輸出集成兩個輸出的自整定——尤其適合于溫度過程帶抗積分飽和的級聯(lián)控制支持死區(qū)與控制帶功能S7-1200PID指令——錯誤響應(yīng)S7-1200PID指令——錯誤響應(yīng)ErrorBits錯誤類型錯誤響應(yīng)非活動錯誤待定當(dāng)前值錯誤待定替代輸出值16#0001Input超出范圍切換到未激活自動模式

自動模式16#0008采樣時間錯誤16#4000Disturbance無效16#0002InputPER無效輸出保持為錯誤出現(xiàn)前最后一個有效值；錯誤離開后，PID切回自動輸出組態(tài)的“替換輸出值”；錯誤離開后，PID切回到自動16#0200Input無效16#1000Setpoint無效16#20000替代值無效S7-1200PID指令——PID調(diào)試面板測量在實(shí)時趨勢中顯示設(shè)定值、過程值和輸出值調(diào)節(jié)對PID參數(shù)進(jìn)行自整定，可選擇預(yù)調(diào)節(jié)或精確調(diào)節(jié)S7-1200PID指令——S7-1200PID參數(shù)整定預(yù)調(diào)節(jié)：確定對輸出值跳變的過程響應(yīng)，并搜索拐點(diǎn)。主要要求：設(shè)定值-過程值>過程值（高限值-低限值）的30%設(shè)定值-過程值>設(shè)定值的50%Y(t)t設(shè)定值過程值S7-1200PID指令——S7-1200PID參數(shù)整定精確調(diào)節(jié)：使過程值出現(xiàn)恒定受限的振蕩，并根據(jù)此振蕩的幅度和頻率為操作點(diǎn)調(diào)節(jié)PID參數(shù)主要要求：控制器工作在操作點(diǎn)不希望有擾動tY(t)設(shè)定值過程值S7-1200PID指令——S7-1200PID參數(shù)整定手動調(diào)節(jié)：工程師通過經(jīng)驗(yàn)或曲線觀察法人工設(shè)置PID參數(shù)S7-1200PID功能塊的區(qū)別指令PID_CompactPID_3StepPID_Temp模擬量輸出

PWM輸出

加熱/制冷輸出--

死區(qū)-

控制帶--

串級控制--

預(yù)調(diào)節(jié)

精確調(diào)節(jié)

抗積分飽和

執(zhí)行器閥位反饋-

-2.PID-CompactPID-Compact組態(tài)PID-Compact指令PID-Compact調(diào)試PID-Compact演示2.PID-Compact——PID-Compact功能可以組態(tài)模擬量輸出可以組態(tài)PWM輸出可以進(jìn)行自整定調(diào)節(jié)可以手動進(jìn)行參數(shù)設(shè)置有基本視圖和擴(kuò)展視圖2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)創(chuàng)建工藝對象2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)基本設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)基本設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)基本設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)過程值設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)高級設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)高級設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact組態(tài)組態(tài)高級設(shè)置2.PID-Compact——PID-Compact指令調(diào)用指令2.PID-Compact——PID-Compact指令I(lǐng)nput管腳參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型說明SetpointREAL設(shè)定值InputREAL反饋值（工程量）Input_PERINT反饋值（模擬量）DisturbanceREAL擾動量ManualEnableBOOL手動模式按鈕ManualValueREAL手動輸出值EeeorAckBOOL錯誤確認(rèn)ResetBOOL重啟PID2.PID-Compact——PID-Compact指令I(lǐng)nput管腳參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型說明ModeActiveBOOL激活Mode中的模式ModeINT0：未激活1：預(yù)調(diào)節(jié)2：精確調(diào)節(jié)3：自動模式4：手動模式2.PID-Compact——PID-Compact指令Output管腳參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型說明ScaledInputREAL標(biāo)定后的過程值OutputREAL輸出（工程量）Output_PERINT輸出（模擬量）Output_PWMBOOL輸出（脈寬調(diào)制）SetpointLimit_HBOOL設(shè)定值超出上限SetpointLimit_LBOOL設(shè)定值超出下限InputWarning_HBOOL反饋超出上限警告InputWarning_LBOOL反饋超出下限警告StateINT輸出Mode的狀態(tài)ErrorBOOL錯誤ErrorBitsDWORD錯誤代碼2.PID-Compact——PID-Compact調(diào)試預(yù)調(diào)節(jié)設(shè)定值-過程值>過程值的（高限值-低限值）的30%設(shè)定值-過程值>設(shè)定值的50%2.PID-Compact——PID-Compact調(diào)試精確調(diào)節(jié)控制回路已穩(wěn)定，例如預(yù)整定完成不希望有擾動2.PID-Compact——PID_Compact演示

演示內(nèi)容工藝對象內(nèi)建立并組態(tài)PID_Compact;程序內(nèi)創(chuàng)建循環(huán)中斷，并調(diào)用PID_Compact指令調(diào)用被控對象仿真塊進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)2.PID-Compact——PID_Compact演示

演示內(nèi)容工藝對象內(nèi)建立并組態(tài)PID_Compact;程序內(nèi)創(chuàng)建循環(huán)中斷，并調(diào)用PID_Compact指令調(diào)用被控對象仿真塊進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)2.PID-Compact——PID_Compact演示創(chuàng)建PID工藝對象有兩種方式：工藝對象內(nèi)添加對象1項目樹左側(cè)——工藝對象——新增對象——PID——PID_Compact12.PID-Compact——PID_Compact演示創(chuàng)建PID工藝對象有兩種方式：程序內(nèi)調(diào)用PID指令22首先建立循環(huán)中斷——選擇右側(cè)的工藝對象——PID控制——PID_Compact2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact組態(tài)2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact組態(tài)（基本設(shè)置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact組態(tài)（過程值設(shè)置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact組態(tài)（高級設(shè)置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact組態(tài)（高級設(shè)置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact調(diào)試3PID_3StepPID_3Step指令可對具有閥門自調(diào)節(jié)的PID控制器或具有積分行為的執(zhí)行器進(jìn)行組態(tài)。三位執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征如下。（1）只接受開啟/關(guān)閉兩個數(shù)字量輸出控制。（2）具有開到位/關(guān)到位的限位開關(guān)輸入信號或具有模擬量反饋位置信號。3PID_3Step3PID_3Step參

數(shù)數(shù)據(jù)類型說

明SetpointREALPID控制器在自動模式下的設(shè)定值InputREALPID控制器的過程值（工程量）Input_PERINTPID控制器的過程值（模擬量）Actuator_HBOOL執(zhí)行器上限位Actuator_LBOOL執(zhí)行器下限位FeedbackREAL執(zhí)行器的位置反饋（工程量）Feedback_PERINT執(zhí)行器的位置反饋（模擬量）DisturbanceREAL擾動變量或預(yù)控制值ManualEnableBOOL為1時，切換到手動模式；由1變?yōu)?時，將切換到保存在Mode參數(shù)中的工作模式ManualValueREAL手動模式下的PID輸出值（調(diào)節(jié)類執(zhí)行器）Manual_UPBOOL執(zhí)行器打開（開關(guān)類執(zhí)行器）Manual_DNBOOL執(zhí)行器關(guān)閉（開關(guān)類執(zhí)行器）ErrorAckBOOLErrorAck由0變?yōu)?時，錯誤確認(rèn)，清除已經(jīng)離開的錯誤信息ResetBOOL重新啟動控制器，PID輸出，積分作用清零，不論錯誤是否離開都會清除錯誤ModeActiveBOOL由0變?yōu)?時，PID_3Step將切換到保存在Mode參數(shù)中的工作模式3PID_3Step參

數(shù)數(shù)據(jù)類型說

明ScaledInputREAL標(biāo)定后的過程值ScaledFeedbackREAL標(biāo)定后的位置反饋Output_UPBOOL執(zhí)行器打開數(shù)字量輸出（開關(guān)類執(zhí)行器）Output_DNBOOL執(zhí)行器關(guān)閉數(shù)字量輸出（開關(guān)量執(zhí)行器）Output_PERINTPID控制器的模擬量輸出（調(diào)節(jié)類執(zhí)行器）SetpointLimit_HBOOL為1時設(shè)定值達(dá)到上限Setpoint≥Config.SetpointUpperLimitSetpointLimit_LBOOL為1時設(shè)定值達(dá)到下限Setpoint≥Config.SetpointLowerLimitInputWarning_HBOOL為1時過程值已達(dá)到或超出警告上限InputWarning_LBOOL為1時過程值已達(dá)到或超出警告下限

3PID_3Step參

數(shù)數(shù)據(jù)類型說

明ModeINT指定PID_3Step將轉(zhuǎn)換到的工作模式State=0：未激活State=1：預(yù)調(diào)節(jié)State=2：精確調(diào)節(jié)State=3：自動模式State=4：手動模式State=6：轉(zhuǎn)換時間測量State=10：無停止位信號的手動模式工作模式由以下沿激活ModeActivate的上升沿Reset的下降沿ManualEnable的下降沿4PID_TempPID_Temp指令提供了一種可對溫度過程進(jìn)行集成調(diào)節(jié)的PID控制器。PID_Temp可用于純加熱或加熱/制冷應(yīng)用。PID_Temp工藝對象提供具有集成和調(diào)節(jié)功能的連續(xù)PID控制器。PID_Temp專為溫度控制而設(shè)計，適用于加熱或加熱/制冷。為此，其提供了兩路輸出，分別用于加熱和制冷。另外，PID_Temp還可用于其他控制任務(wù)、級聯(lián)，以及在手動或自動模式下使用。多個PID控制回路相互嵌套，形成了級聯(lián)控制。主控制器的輸出值作為從控制器的設(shè)定值，最外層從控制器的輸出應(yīng)用于執(zhí)行器。級聯(lián)控制的優(yōu)點(diǎn)是可以迅速糾正控制系統(tǒng)中發(fā)生的擾動，顯著降低擾動對受控變量的影響，從控制器回路以線性形式發(fā)揮作用。因此，這些非線性擾動對受控變量的負(fù)面影響可得到緩解。4PID_TempPID_Temp可連續(xù)采集在控制回路內(nèi)測量的過程值，并將其與設(shè)定值進(jìn)行比較。指令PID_Temp將根據(jù)生成的控制偏差計算加熱和/或制冷的輸出值，而該值用于將過程值調(diào)整到設(shè)定值。以巧克力融化裝置為例，使用P