S7-200之PID控制从入门到精通.pdf

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K （Gain，增益），T （积分时间常 c i 数），T （微分时间常数），T （采样时间）。 d s 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。 1 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