电气与可编程控制器原理及应用 教学课件 ppt 作者 王华忠 郭丙君 孙京诰 编著PID控制指令.pptVIP

PID控制指令 1．控制方式与出错处理 S7-200的PID指令没有设置控制方式，执行PID指令时为自动方式；不执行PID指令时为手动方式 PID指令(见下图)中的TBL是回路表的起始地址，LOOP是回路的编号(0~7)。不同的PID指令不能使用相同的回路编号。 为了让P1D指令以稳定的采样频率工作，PID指令应在定时中断程序中使用。 PID指令 类似于计数器指令，PID指令有一个能流记忆位，用该位检测到EN输入端的能流从0到1的正跳变时，指令将执行一系列的操作，使PID从手动方式切换到自动方式。为了实现手动方式到自动方式的无扰动切换，转换前必须把当前的手动控制输出值写入回路表的参数Mn。PID指令对回路表内的值进行下列操作，保证检测到能流从0到1的正跳变时，从手动方式无扰动地切换到自动方式： 1)令给定值(SPn)=过程变量的当前值(PVn)。 2)令上一次的过程变量(PVn-1)=过程变量的当前值(PVn)。 3)令积分和(MX)=输出值(Mn)。 PID的能流记忆位的默认值为1，在启动CPU或从STOP方式转换到RUN方式时它被 置位。进入RUN方式后PID指令首次有效时，没有检测到使能位的正跳变，就不会执行无扰 动的切换操作。 编译时如果指令指定的回路表起始地址或回路号超出范围，CPU将生成编译错误(范围错误)，引起编译失败。PID指令对回路表(见下表)中的某些输入值不进行范围检查，应保证 过程变量、给定值、积分和与上一次的过程变量不超限。 2.回路输入变量的转换与标准化 PID回路有两个输入量，即给定值(SP)与过程变量(PV)。给定值通常是固定的值，例如加热炉温度的给定值。过程变量是经A／D转换和计算后得到的被控量的实测值，例如加热炉温度的测量值。给定值与过程变量都是现实世界的值，对于不同的系统，它们的大小、范围与 工程单位有很大的区别。PID指令对这些量进行运算之前，必须将其转换成标准化的浮点数 (即实数)。 转换的第一步是将给定值或A／D转换后得到的整数值由16位整数转换成浮点数。下面的指令序列提供了实现这种转换的方法。 转换的下一步是将实数进一步转换成0.0-1.0之间的标准化实数。可以用下面的公式对给定值及过程变量进行标准化； 式中，RNorm是标准化实数值；RRaw是标准化前的原始值或实数值；偏移量Offset对单极性变量为0.0，对双极性变量为0.5；Span是取值范围，等于变量的最大值减去最小值，单极性变量的典型值为32000，双极性变量的典型值为64000。 下面的指令序列将上述的转换后得到的AC0中的双极性实数(其中Span-64000)转换成0.0-1.0之间的实数。 3．回路输出转换为成比例的整数 回路输出即PID控制器的输出，它是标准化的0.0-1.0之间的实数。将回路输出送给D／A转换器之前，必须转换成16位二进制整数。这一过程是将PV与SP转换成标准化数值的逆过程。第一步用下面的公式将回路输出转换为实数： 式中RSCAL是回路输出对应的实数值；Mn是回路输出标准化的实数值，Offset与Span与上述的定义相同。 下列指令序列用来将回路输出转换为对应的实数： 用下面的指令将代表回路输出的实数转换成16位整数： 4. 正作用与反作用回路 增益Kc为正时为正作用回路，反之为反作用回路。对于增益为0.0的积分控制或微分控制，如果积分或微分时间为正，为正作用回路，反之为反作用回路。 5. 变量的范围 过程变量与给定值是PID运算的输入值，在回路表中它们只能被PID指令读取而不能改写。每次完成PID运算后，都要更新回路表内的输出值Mn，它被限制在0.0～1.0之间。从手动控制切换到PID自动控制方式时，回路表中的输出值可以用来初始化输出值。 如果使用积分控制，上一次的积分值MX(积分和)要根据PID运算的结果来更新，更新后的数值作为下一次运算的输入。当输出值超出范围(小于0.0或大于1.0)，根据下列公式进行调整： 式中，MX是调整后的积分和，是第n次采样时控制器的输出值；MPn和MDn分别是第n次采样时Mn中的比例项和微分项。 通过调整积分和MX，使输出Mn回到0.0-1.0之间，可以提高系统的响应性能。MX也应限制在0.0～1.0之间，每次PID运算结束时，将MX写入回路表，供下一次PID运算使用。 在执行PID指令之前，用户可以修改回路表内上一次的积分值MX，以解决某些情况下MX引起的问题。手工调节MX时必须格外小心，而且写入回路表的MX必须是0.0-1.0之间的实数。回路表内过程变量的差值用于PID计算的微分部分，用户不应修改它。 6．PID指令向导的应用 点击编程软件指令树中的“＼向导＼PID”图标，或执行菜单命令“工具”一“指令向导”，在出现