淺析西門子PLC的PID功能及其使用

1、淺析西門子PLC的PID功能及其使用摘 要按偏差的比例！積分和微分進(jìn)行控制的 控制方案簡(jiǎn)稱為 PID 控制，西門子 PLC 標(biāo)準(zhǔn) PID 功 能由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、操作便捷以及良好的使用性能，在 工業(yè)過(guò)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用， 本文分析了西門 子 PLC 標(biāo)準(zhǔn) PID 功能初步使用 .關(guān)鍵詞西門子 PLC PID 控制使用 中圖分類號(hào)： TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1009-914X（2014）04-0410-01引言PID 控制是連續(xù)系統(tǒng)控制中廣泛應(yīng)用的一種控制 方法，由于它結(jié)構(gòu)改變靈活，可根據(jù)系統(tǒng)的要求，在 常規(guī) PID 調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行多種 PID 變型控制，如 PI、PD 控

2、制，比例 PID 控制，不完全微分控制，帶死 區(qū)的 PID 控制等。而且不需要建立精確的控制系統(tǒng)數(shù) 學(xué)模型，有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。而且 PID 控制器 具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單， 結(jié)構(gòu)典型， 參數(shù)調(diào)整方便等特點(diǎn)， 在工程上容易實(shí)現(xiàn)。因此， PID 控制器在使用計(jì)算機(jī)（包括PLC）的數(shù)字控制系統(tǒng)和使用模擬量控制器的 模擬控制系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用，但隨著通訊技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，特別是高級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言 和模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的融入，以及模擬量輸入輸出模 塊的使用， PLC 的操作更加靈活，功能不斷加強(qiáng)。因 此采用PLC進(jìn)行PID控制已經(jīng)成為新型工業(yè)控制領(lǐng)域 的主流控制裝置。 PID 控制框圖如下所示

3、：（1）比例控制作用當(dāng)過(guò)程輸出值PV與設(shè)定的期望值SV間產(chǎn)生偏差 時(shí)，比例控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制變量 U 大小，控制變 量 U 的大小會(huì)朝著減小偏差 E 的方向變化。比例系數(shù) K 越大系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度越快反之速度越慢， 如果 K 過(guò)大 則會(huì)使控制系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)或振蕩現(xiàn)象。比例控制器的 主要缺點(diǎn)是存在無(wú)法消除的靜差值， 影響了調(diào)節(jié)精度。（2）積分控制作用 為了消除靜差值，在比例控制器的基礎(chǔ)上引入一個(gè)積分控制器構(gòu)成比例積分控制器?？刂破鞣e分控制 作用與比例控制作用的輸出相等時(shí)所需的控制時(shí)間稱 為積分常數(shù)Ti，積分常數(shù)Ti的大小決定了積分作用 強(qiáng)弱程度。 Ti 越小積分的控制作用越強(qiáng)，同時(shí)系統(tǒng)振 蕩的衰減速

4、度越慢。當(dāng) Ti 過(guò)小時(shí)，甚至?xí)斐上到y(tǒng) 的持續(xù)振蕩。 Ti 越大積分的控制作用越弱，系統(tǒng)消除 偏差的時(shí)間就越長(zhǎng)。積分控制可消除靜差，改善了控 制系統(tǒng)靜態(tài)特性，但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變差。2 理解 PID 算法2.1 PID控制器調(diào)節(jié)輸出，保證偏差（e）為零， 使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，偏差（e）是給定值（SP）和過(guò) 程變量（PV）的差。PID控制的原理基于下面的算式； 輸出M （t）是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)22.2 為了能讓數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)控制算式，連 續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來(lái)計(jì) 算輸出值。數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的算式如下：CPU實(shí)際使用的是以上簡(jiǎn)化改進(jìn)形式計(jì)算 PID輸 出，這個(gè)改

5、進(jìn)型算式是：3 PLC 如何實(shí)現(xiàn) PID 功能3.1 S7-200CPU提供了 8個(gè)給定回路的PID功能， 用以實(shí)現(xiàn)需要按照 PID 控制規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制 任務(wù)，比如溫度壓力和流量控制。 PID 功能一般需要 模擬量輸入，以反映被控制物理量的實(shí)際數(shù)值，稱為 反饋；而用戶設(shè)定的調(diào)節(jié)目標(biāo)即為給定。 PID 運(yùn)算的 任務(wù)就是根據(jù)反饋與給定的相對(duì)差值，按照 PID 運(yùn)算 規(guī)律計(jì)算出結(jié)果，輸出數(shù)字量控制信號(hào)到固態(tài)開(kāi)關(guān)元 件，或者輸出模擬量信號(hào)控制變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行 調(diào)節(jié)，以達(dá)到自動(dòng)維持被控的量跟隨給定變化的目的。3.2 S7-200Z中PID功能核心是PID指令。PID指 令需要為其指定一個(gè)以

6、V 變量存儲(chǔ)區(qū)地址開(kāi)始的 PID 回路表，以及 PID 回路號(hào)。 PID 回路表提供了給定和 反饋，以及 PID 參數(shù)等數(shù)據(jù)入口， PID 參數(shù)等數(shù)據(jù)入 口， PID 運(yùn)算的結(jié)果也在回路表輸出。3.3 STEP-Micro/WIN 提供了 PID Wizard（PID 指 令向?qū)В?，可以幫促用戶方便生成一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的 PID 算法子程序。單擊 Micor/WIN 的 Tools 瀏覽條中 的“指令向?qū)А眻D標(biāo)或在命令菜單中選擇ToolslnstructionWizard,然后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇PID向?qū)нM(jìn)入配置。PID向?qū)褂貌襟E如下：（1）定義需要配置的 PlD 回路號(hào)。（2）設(shè)定 PI

7、D 回路參數(shù)。（3）設(shè)定 PID 回路輸入輸出參數(shù)。（4）設(shè)定回路報(bào)警選項(xiàng)。 （也可以不選）（5）指定 PID 運(yùn)算數(shù)據(jù)儲(chǔ)存區(qū)。（6）指定向?qū)傻?PID 子程序和中斷程序 名（可用默認(rèn)的或者自己定義）及添加手動(dòng)模式。（7）生成 PID 子程序，中斷程序及符號(hào)表等。 3 完成向?qū)渲煤?，只要在程序中調(diào)用向?qū)傻?PIDx_INIT 即可。4 結(jié)語(yǔ)借助模擬量輸入輸出模塊，利用PLC中的PID 控制指令，可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的 PID 控制。該系統(tǒng)構(gòu)建 方便，編程簡(jiǎn)單，所用元件少，成本低，且能達(dá)到很 好的控制效果。因此采用基于 PLC 的 PID 控制器是工 業(yè)生產(chǎn)中閉環(huán)系統(tǒng)控制較好的方案。本文初步介紹了 在以 PLC 為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) PID 功能的使 用，希望對(duì)學(xué)習(xí) PLC 和 PID 具有一定的理論價(jià)值和實(shí) 際意