第五章-S七-一二百-PLC的PID工藝功能

1、第五章-S七-一二百-PLC的PID工藝功能5.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)組成 調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構被控對象測量變送sp(t)e(t)M(t)c(t)pv(t)+-25.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)變送器的選擇 變送器分為電流輸出型和電壓輸出型。電壓輸出型變送器具有恒壓源特性，輸入阻抗很高。如果變送器距離PLC較遠，通過線路間的分布電容和分布電感產(chǎn)生的干擾信號電流，在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生較高的干擾電壓。例如1A干擾電流在10M輸入阻抗上將產(chǎn)生10V的干擾電壓信號，所以遠處傳送模擬量電壓信號時抗干擾能力很差。電流輸出型變送器具有恒流源的性質(zhì)，內(nèi)阻很大，輸入阻抗較小(例如250 )。線路上的干擾信號在模塊的輸入

2、端阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適合于遠程傳送。35.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)負反饋 閉環(huán)控制必須保證系統(tǒng)是負反饋，如果系統(tǒng)接成了正反饋，將會失控，被控量會往單一方向增大或減小，給系統(tǒng)的安全帶來極大的威脅。閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋極性與很多因素有關，例如因為接線改變了變送器輸出電流或輸出電壓的極性，或改變了位移傳感器(編碼器)的安裝方向，都會改變反饋的極性。可以用下述方法來判斷反饋的極性：在調(diào)試是斷開D/A轉(zhuǎn)換器和執(zhí)行機構之間的連線，在開環(huán)狀態(tài)下運行PID控制程序?？刂破髦杏蟹e分環(huán)節(jié)，因為反饋被斷開了，不能消除余差，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓會向一個方向變化。這時如果接上執(zhí)行器，能減小誤差，

3、則為負反饋，反之為正反饋。45.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制的優(yōu)點 不需要被控對象的數(shù)學模型結(jié)構簡單，容易實現(xiàn)有較強的靈活性和適應性使用方便55.2 PID控制器的數(shù)字化 PID調(diào)節(jié)器D/A被控對象測量元件sp(n)e(n)M(n)c(t)pv(t)+-執(zhí)行機構變送器A/DM(t)pv(n)PLC周期性地執(zhí)行PID控制程序，執(zhí)行的周期稱為采用周期Ts。65.3 PID_Compact指令 S7-1200使用PID_Compact指令來實現(xiàn)PID控制，該指令的背景數(shù)據(jù)塊稱為PID_Compact工藝對象。PID控制器具有參數(shù)自調(diào)節(jié)功能和自動、手動模式。PID控制器連續(xù)地采集測量的被控制變量的

4、實際值(簡稱為實際值或輸入值)，并與期望的設定值比較，根據(jù)得到的誤差，計算輸出，使被控變量盡可能快地接近設定值或進入穩(wěn)態(tài)。75.3 PID_Compact指令生成一個新項目 1/2 添加一個PLC設備，將硬件目錄中的AO信號板托到CPU中，設置其輸出為10V電壓：85.3 PID_Compact指令生成一個新項目 2/2 集成的模擬量輸入的0號通道的量程為默認的010V：95.3 PID_Compact指令生成循環(huán)中斷組織塊 調(diào)用PID_Compact的時間間隔稱為采樣時間，為了保證精確的采樣時間，用固定的時間間隔執(zhí)行PID指令，在循環(huán)中斷OB中調(diào)用PID_Compact指令。建立循環(huán)組織塊O

5、B200，設置循環(huán)時間間隔為300ms。10打開任務卡的“擴展指令”窗口的PID文件夾，將其中的“PID_Compact”指令拖放到OB200中，將默認的背景數(shù)據(jù)塊的名稱改為PID_DB。5.3 PID_Compact指令調(diào)用PID_Compact指令 1/2115.3 PID_Compact指令調(diào)用PID_Compact指令 2/2在程序塊的文件夾中生成名為“PID_Compact”的功能塊FB1130，生成的背景數(shù)據(jù)塊PID_DB在項目樹的文件夾“工藝對象”中。125.3 PID_Compact指令PID_Compact指令的模式 1/21)未激活模式PID Compact工藝對象被組態(tài)并

6、首次下載到CPU后，PID控制器處于未激活(Inactive)模式，此時需要在調(diào)試窗口進行首次啟動自調(diào)節(jié)。在運行時出現(xiàn)錯誤，或者點擊了調(diào)試窗口的“停止測量”按鈕，PID控制器將進入未激活模式。選擇其他運行模式時，活動狀態(tài)的錯誤被確認。2)自動調(diào)節(jié)模式打開PID調(diào)試窗口，可以選擇進入首次啟動自調(diào)節(jié)模式或運行中自調(diào)節(jié)模式。135.3 PID_Compact指令PID_Compact指令的模式 2/23)自動模式在自動模式，PID Compact工藝對象根據(jù)設置的PID參數(shù)進行閉環(huán)控制。滿足下列調(diào)節(jié)之一時，控制器將進入自動模式： 成功地完成了首次啟動自調(diào)節(jié)和運行中自調(diào)節(jié)的任務； 在組態(tài)窗口中選中了“

7、使用手動PID參數(shù)設置”復選框4)手動模式在手動模式下，PID控制的輸出變量用手動設置。滿足下列調(diào)節(jié)之一，控制器將進入手動模式：指令的輸入?yún)?shù)“ManualEnable”(啟用手動)為1狀態(tài)。在調(diào)試窗口選中了“手動”復選框。145.3 PID_Compact指令組態(tài)基本參數(shù) 1/2選中反作用控制器，用來保證負反饋選中“PID_Compact”指令，然后選中巡視窗口左邊的“基本參數(shù)”，在右邊窗口設置PID的基本參數(shù)。155.3 PID_Compact指令組態(tài)基本參數(shù) 2/2選擇來自用戶程序或外設輸入“Tag_11”和“Tag_12”分別時IW64(CPU集成的模擬量輸入通道0)和QW80(1AO

8、信號板的模擬量輸出)。165.3 PID_Compact指令組態(tài)輸入標定模擬量的實際值(或來自用戶程序的輸入值)為0.0%100.0%時，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字為0.027648.0。可以設置輸入的上限和下限，在運行時一旦超過上限或低于下限，停止正常控制，輸出值被設置為0。175.3 PID_Compact指令組態(tài)高級設置-輸入監(jiān)視為了設置PID的高級參數(shù)，打開項目樹中的文件夾“PLC_1工藝對象PID_DB”，雙擊“組態(tài)”，打開PID_Compact對象；或者點擊PID_Compact指令右上角的 圖標，也可打開PID組態(tài)對話框。運行時如果輸入值超過設置的上限值或低于下限值，指令的bool輸出參

9、數(shù)“InputWarning_H”或“InputWarning_L”將變?yōu)?.185.3 PID_Compact指令組態(tài)高級設置-PWM監(jiān)視該設置影響指令的輸出變量“Output_PWM”。PWM的開關量輸出受“PID_Compact”指令的控制，與CPU集成的脈沖發(fā)生器無關。195.3 PID_Compact指令組態(tài)高級設置-輸出限制設置輸出變量的限制值，使手動模式或自動模式時PID的輸出值不超過上限和低于下限。用Output_PWM作PID的輸出值時，只能控制正的輸出變量。205.3 PID_Compact指令組態(tài)高級設置-PID參數(shù)215.3 PID_Compact指令用PID指令設置參

10、數(shù)可以在PID指令上直接輸入指令的參數(shù)，未設置(采用默認值)的參數(shù)為灰色。點擊指令框下面向下的箭頭，將顯示更多的參數(shù)；點擊向上的箭頭，將不顯示指令中灰色的參數(shù)；點擊某個參數(shù)的實參，可以直接輸入地址或常數(shù)。225.3 PID_Compact指令PID指令的輸入變量參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型說 明默認值SetpointReal自動模式的控制器設定值0.0InputReal作為實際值(即反饋值)來源的用戶程序的變量0.0Input_PERWord作為實際值來源的模擬量輸入W#16#0ManualEnableBool上升沿選擇手動模式，下降沿選擇最近激活的操作模式FALSEManualValueReal手動模式

11、的PID輸出變量0.0ResetBool重新啟動控制器，1進入未激活模式，控制器輸出變量為0，臨時值被復位，PID參數(shù)保持不變FALSE235.3 PID_Compact指令PID指令的輸出變量參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型說 明默認值ScaleinputReal經(jīng)比例縮放的實際值的輸出0.0OutputReal用于控制器輸出的用戶程序變量0.0Output_PERWordPID控制器的模擬量輸出W#16#0Output_PWMBool使用PWM的控制器開關輸出FALSESetpointLimit_HBool1時設定值的絕對值達到或超過上限FALSESetpointLimit_LBool1時設定值的絕對值達

12、到或低于下限FALSEInputWarning_HBool1時實際值達到或超過報警上限FALSEInputWarning_LBool1時實際值達到或低于報警下限FALSEStateIntPID控制器的當前運行模式：04分別表示未激活、首次啟動自調(diào)節(jié)、運行中自調(diào)節(jié)、自動、手動模式16#0000ErrorDWord錯誤信息：0沒有錯誤；非0有1個或多個錯誤，控制器進入未激活模式245.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器調(diào)試窗口255.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器調(diào)試窗口的功能1)使用“首次啟動自調(diào)節(jié)”功能優(yōu)化控制器；2)使用“運行中自調(diào)節(jié)”功能優(yōu)化控制器，可以實現(xiàn)最佳調(diào)節(jié)；3)用趨勢視圖監(jiān)視當前的閉

13、環(huán)控制；4)通過手動設置控制器的輸出值來測試過程。265.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器基本操作1. 用下拉式列表設置采樣時間2. PC與PLC建立好通信連接后，點擊“啟動測量”，開始用趨勢圖記錄3. 點擊“停止測量”，結(jié)束調(diào)試功能。可以用趨勢圖中的曲線來分析PID控制的效果。 關閉調(diào)試窗口后，趨勢圖中的記錄被停止，記錄的數(shù)據(jù)被刪除。275.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器顯示模式Strip(連續(xù)顯示)：新的趨勢值從趨勢區(qū)的右邊進入，較早的趨勢值移動到趨勢區(qū)的最左邊位置，時間軸不能移動。Scope(區(qū)域跳躍顯示，示波器圖)：新的趨勢值從趨勢區(qū)的左邊開始往右邊移動，達到趨勢區(qū)的右邊緣時，監(jiān)控區(qū)往右

14、移動一個視圖寬度，時間軸上的時間值隨之而變。原有的趨勢曲線消失，新的趨勢值又從左邊出現(xiàn)。Sweep(滾動顯示)：趨勢曲線固定不變，出現(xiàn)一根從左往右移動的垂直線，直線左邊的背景色為白色，是新出現(xiàn)的趨勢值，直線右邊的背景色為淺綠色，是原來的趨勢值。垂直線移動到最右邊后，返回最左邊，又往右移動。時間軸不能移動。Static(靜態(tài)區(qū)域顯示)：趨勢視圖的寫入被中斷，在后臺記錄新的趨勢值。顯示的是趨勢的歷史曲線，時間軸可以在整個記錄區(qū)間移動。285.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器移動坐標軸與改變坐標軸的比例可以將坐標軸鎖死或解除閉鎖。拉伸或壓縮時間軸拉伸或壓縮左邊的設定值/輸入值軸和右邊的控制器輸出變量軸

15、295.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器標尺使用標尺可以分析趨勢曲線上離散的值。垂直標尺在趨勢區(qū)的最左邊，水平的標尺在趨勢區(qū)的最上面。將鼠標放在趨勢區(qū)的最左邊，光標變?yōu)槿耸值男螤?，按住鼠標左鍵，可以左右拖動垂直標尺。標尺與3條曲線的交點處的垂直坐標出現(xiàn)在交點附件標尺的右邊。標尺與趨勢區(qū)下邊緣的交點處出現(xiàn)標尺所在處的時間值。可以用鼠標拖放出多根垂直標尺到趨勢區(qū)，最后拖放的標尺是活動的，用深色表示。其余的標尺是不活動的，用灰色顯示。點擊不活動標尺，可以將它變?yōu)榛顒拥臉顺摺０醋LT后點擊標尺，可以消除它。305.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器首次啟動自調(diào)節(jié) 1/2該模式要求的調(diào)節(jié)：1)在循環(huán)中斷OB

16、中調(diào)用“PID_Compact”指令；2)建立與CPU的在線連接，CPU在RUN模式；3)點擊“啟動測量”，激活調(diào)試視圖的功能；4)未選中“手動”復選框；5)設定值與實際值在組態(tài)的限制值之內(nèi)；5)設定值與實際值的差值大于50%。315.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器首次啟動自調(diào)節(jié) 2/2操作步驟如下：1)用單選框選中調(diào)試窗口的“優(yōu)化”區(qū)的“首次啟動自調(diào)節(jié)”；2)點擊“首次啟動自調(diào)節(jié)”，啟動自調(diào)節(jié)，“狀態(tài)”域顯示當前的步驟和可能出現(xiàn)的錯誤，“進度”域顯示當前步驟的進展。如果自調(diào)節(jié)沒有出錯，PID的參數(shù)被優(yōu)化，將PID控制器切換到自動模式，使用優(yōu)化的參數(shù)。上電和重新啟動CPU時，優(yōu)化的參數(shù)被保持。325.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器運行中自調(diào)節(jié)該模式要求的條件與首次啟動自調(diào)節(jié)模式的基本相同，區(qū)別在于第6條改為設定值與實際值的差值小于50%。如果大于50%，應先進行首次啟動調(diào)節(jié)，完成后自動進行運行中自調(diào)節(jié)。步驟：1)用單選框選中調(diào)試窗口的“優(yōu)化”區(qū)的“運行中自調(diào)節(jié)”；2)點擊“啟動自調(diào)節(jié)”，啟動自調(diào)節(jié)。335.4 用調(diào)試窗口整定PID控制器保存優(yōu)化的PID參數(shù)PID控制器在CPU內(nèi)優(yōu)化，如果想在下載項目數(shù)據(jù)時使用優(yōu)化的PID參數(shù)，可以將PID參數(shù)保存到項目中：1)建立計算機與CPU的在線連接；2)令CPU運行在RUN模式；3)點擊“啟動測量”，激活調(diào)試窗口的功