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S7-200 能够进行PID 控制。S7-200 CPU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。  



1、PID 算法在S7-200 中的实现 



PID 控制初在模拟量控制中实现,随着离散控制理论的发展,PID也在计算机化控制中实现。  



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。 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,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。IC697CPU781RR福建现货-库存  



因此,把实际的物理量与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/输出的转换与化处理。《S7-200手册》上有详细的介绍。  



 S7-200 的编程Micro/WIN 提供了PID 指令向导,以方便地完成这些转换/化处理。除此之外,PID指令也同时会被自动调用。  



1.1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、,是否能够闭环中的各种扰动而回复。  



要衡量PID 参数是否,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 控制是否具有重要的意义。这些主要参数是:



●采样时间: 



计算机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扰动变化比较快、或者速度响应要求高的。  



编程时的PID 控制器采样时间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。  



●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。  



●积分时间(Integral Time)  



偏差值恒定时,积分时间决定了控制器输出的变化速率。积分时间越短,偏差的修正越快。过短的积分时间有可能造成不。 积分时间的长度相当于在阶跃给定下,增益为“1”的时候,输出的变化量与偏差值相等所需要的时间,也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时间。 如果将积分时间设为值,则相当于没有积分作用。  



●微分时间(Derivative Time) 



偏差值发生改变时,微分作用将一个尖峰到输出中,随着时间流逝减小。微分时间越长,输出的变化越大。微分使控制对扰动的度,也就是偏差的变化率越大,微分控制作用越强。微分相当于对反馈变化趋势的预测性。 如果将微分时间设置为0 就不起作用,控制器将作为PI 调节器工作。   



1.2常见问题 



1.对于某个具体的PID 控制项目,是否可能事先得知比较的参数?有没有相关的数据? 



虽然有理论上计算PID 参数的,但由于闭环调节的影响因素很多而不能全部在数学上地描述,计算出的数值往往没有什么实际意义。因此,除了实际调试参数外,没有什么可用的参数值存在。甚至对于两套看似一样的,都可能通过实际调试完全不同的参数值。  



2.PID控制不怎么办?如何调试PID? 



闭环的调试,应当做开环。所谓开环,就是在PID 调节器不投入工作的时候,观察: 



●反馈通道的是否  



●输出通道是否正常  



可以试着给出一些比较保守的PID 参数,比如放大倍数(增益)不要太大,可以小于1,积分时间不要太短,以免引起振荡。在这个基础上,可以直接投入运行观察反馈的波形变化。给出一个阶跃给定,观察的响应是的。  



如果反馈达到给定值之后,历经多次振荡才能或者根本不,应该考虑是否增益过大、积分时间过短;如果反馈迟迟不能跟随给定,上升速度很慢,应该考虑是否增益过小、积分时间过长……  



总之,PID参数的调试是一个综合的、互相影响的,实际调试中的多次尝试是非常重要的步骤,也是的。  



S7-200 的新一代产品提供了自整定的PID 细调功能。 



3.没有采用积分控制时,为何反馈达不到给定?这是必然的。因为积分控制的作用在于纯比例调节固有的“静差”。没有积 



分控制的比例控制中,没有偏差就没有输出量,没有输出就不能维持反馈值与给定值相等。所以永远不能做到没有偏差。 



4.如何实现PID 反作用调节? 



参见PID 向导中的常问问题。 



5.S7-200控制变频器,在变频器也有PID 控制功能时,应当使用谁的PID 功能?可以根据具体情况使用。一般来说,如果需要控制的变量直接与变频器直接有关,比 



如变频水泵控制水压等,可以考虑使用变频器的PID 功能。  



6、《S7-200手册》上的附录H.14“用S7-200 实现PID 控制”的例子,是否可以直接使用?《S7-200手册》中的附录H 在英文原版中并不存在。 H.14 的PID 例子是在代产品还不支持PID 运算指令时的产物。现在用户可以使用PID 指令块,或者PID Wizard(PID 向导)编辑PID 控制程序。  



1.3 PID Wizard - PID 向导 



Micro/WIN 提供了PID Wizard(PID 指令向导),可以帮助用户方便地生成一个闭环控制的PID 算法。此向导可以完成绝大多数PID 运算的自动编程,用户只需在主程序中调用PID 向导生成的子程序,就可以完成PID 控制任务。  



PID 向导既可以生成模拟量输出PID 控制算法,也支持开关量输出;既支持连续自动调节,也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对PID编程,以避免不必要的错误。如果用户不能确定中文编程界面的语义,我们建议用户使用英文版本的Micro/WIN,以免对向导中相关概念发生误解。



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