1、應用背景與需求,在工業(yè)生產(chǎn)中,常常需要用閉環(huán)控制方式來控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量。PID控制得到了廣泛的應用。 PID控制器是比例-積分-微分控制（Proportional-Integral-Derivative)的簡稱。,PLCPID控制器的實現(xiàn),PLC的PID控制器的設計是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎，將其數(shù)字化，寫成離散形式的PID控制方程，再根據(jù)離散方程進行控制程序設計。,典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖：圖中sp(t)是給定值,pv(t)是反饋量,關系式為： 式中,M(t)-控制器的輸出,Mo為輸出的初始值. e(t)=sp(t)-pv(t)誤差信號, Kc比例系數(shù),TI

2、積分時間常數(shù),TD微分時間常數(shù).,關系式中等號右邊前3項分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差的積分和微分成正比。如果取其中的一項或兩項，可以組成P、PD、或PI控制器。,假設采樣周期為Ts，系統(tǒng)開始運行的時刻為t=0，用矩形積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將上面的關系式離散化，第n次采樣時控制器的輸出為： 式中，en-1 -第n-1次采樣時的誤差值。 KI -積分系數(shù)。KD-微分系數(shù)。,基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示，框內在PLC內。圖中的spn ,pvn ,en ,Mn分別為模擬量sp(t),pv(t),e(t),M(t)在第n次采樣時的數(shù)字量。,PID指令介紹,LAD

3、指令格式： TBL回路表的起始地址。 LOOP：回路號，可以是07的整數(shù)，在程序中最多可以使用8條PID指令。,PID回路參數(shù)表, 偏移地址 域 格 式 類 型 描 述 0 過程變量(PVn) 實數(shù)(雙字) 輸入 過程變量,必須在0.0-1.0之間 4 設定值(SPn) 實數(shù)(雙字) 輸入 給定值，必須在0.0-1.0之間 8 輸出值(Mn) 實數(shù)(雙字) 輸入硝出 輸出值，必須在0.0-1.0之間 12 增益(KC) 實數(shù)(雙字) 輸入 增益是比例常數(shù)，可正可負 16 采樣時間(TS) 實數(shù)(雙字) 輸入 單位為秒，必須是正數(shù) 20 積分時間(TI) 實數(shù)(雙字) 輸入 單位為分鐘，必須是正

4、數(shù) 24 微分時間(TD) 實數(shù)(雙字) 輸入 單位為分鐘，必須是正數(shù) 28 積分項前項(MX) 實數(shù)(雙字) 輸入輸出 積分項前項，必須在0.0-1.0之間 32 過程變量前值(PVn-1) 實數(shù)(雙字) 輸入輸出 最近一次PID運算的過程變量值 ,操作數(shù)類型和取值范圍,TBL: BYTE VB LOOP: BYTE 常數(shù)(07) 通過設置常量參數(shù),可選中需要的回路控制類型。 如果不需要積分回路，可以把積分時間設為無窮大。即使沒有積分作用，積分項還是不為零，因為有初值MX。 如果不需要微分回路，可以把微分時間置為零。 如果不需要比例回路，但需要積分或微分回路，可以把增益設為0.0。系統(tǒng)會在計

5、算積分項和微分項時，把增益當作10看待。,回路輸入的轉換和標準化,每個PID回路有兩個輸入量，即給定值(SP)和過程變量(PV)。給定值通常是一個固定的值，過程變量與PID回路輸出有關，可以衡量輸出對控制系統(tǒng)作用的大小。如在汽車速度控制系統(tǒng)中，過程變量可以是測速儀的輸入(衡量車輪轉速高低)。 給定值和過程變量都可能是現(xiàn)實世界的值，它們的大小、范圍和單位都可能不一樣。 因此，PID指令在對這些量進行運算以前，必須把他們轉換成標準的浮點型實數(shù)。,轉換的方法,轉換的第一步是把16位整數(shù)值轉成浮點型實數(shù)值。下面的指令序列提供了實現(xiàn)這種轉換的方法： XORD AC0, AC0 /將AC0初始化清零 IT

6、D AIW0，AC0 /將輸入值轉換為雙整數(shù)。 DTR AC0，AC0 /將32位雙整數(shù)轉換為實數(shù)。,轉換的下一步是把實數(shù)值進一步標準化為0010之間的實數(shù)。下面的算式可以用來標準化給定值或過程變量：,Rnomn=(RrawSpan+Offset) 式中，Rnown為標準化的實數(shù)值； Rraw為沒有標準化的實數(shù)值或原值；0ffset為單極性時為00，雙極性時為05； Span為值域，即可能的最大值減去可能的最小值； 單極性為32000(典型值)；雙極性為64000(典型值)。 下面的指令把雙極性實數(shù)標準化為0010之間的實數(shù)，通常用在第二步轉換之后： R 640000，AC0 /累加器中的標準

7、化值 +R 05，AC0 /加上偏置，使其在0010之間 MOVR AC0，VDl00 /標準化的值存入回路表,回路輸出值轉換成刻度整數(shù)值,回路輸出值一般是控制變量。例如，在汽車速度控制中，可以是油閥開度的設置。同樣，輸出是0010之間的標準化了的實數(shù)值，需轉換成相應的16位整數(shù)。在回路輸出驅動模擬輸出之前，必須把回路輸出轉換成相應的16位整數(shù)。這一過程是給定值或過程變量的標準化轉換的逆過程。,轉換方法,該過程的第一步是把回路輸出轉換成相應的實數(shù)值，其公式如下： Rscal=（Mn-Offset)*Span 式中，Rscal為回路輸出的刻度實數(shù)值； Mn為回路輸出的標準化實數(shù)值； Offset為單極性時為00，雙極性時為05 Span為值域，即可能的最大值減去可能的最小值； 單極性為32000(典型值)； 雙極性為64000(典型值)。 這一過程可以用下面的指令序列完成： MOVR VDl08，AC0 /把回路輸出值移入累加器。 -R 05，AC0 /僅雙極性有此句。 *R 640000，AC0 /在累加器中得到刻度值。,下一步是把回