S7-1200PLC的PID工艺功能.ppt

第 5 章 S7-1200 PLC的PID工艺功能 1 5.1 模拟量闭环控制系统组成 调节器执行机构被控对象 测量变送 sp(t) e(t)M(t) c(t) pv(t) + - 2 5.1 模拟量闭环控制系统变送器的选择 变送器分为电流输出型和电压输出型。 电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送 器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干 扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例 如1A干扰电流在10M输入阻抗上将产生10V的干扰电压信 号，所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。 电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较 小(例如250 )。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产 生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。 3 5.1 模拟量闭环控制系统负反馈 闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会 失控，被控量会往单一方向增大或减小，给系统的安全带来极大 的威胁。 闭环控制系统的反馈极性与很多因素有关，例如因为接线改变了 变送器输出电流或输出电压的极性，或改变了位移传感器(编码器 )的安装方向，都会改变反馈的极性。 可以用下述方法来判断反馈的极性：在调试是断开D/A转换器和 执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。控制器 中有积分环节，因为反馈被断开了，不能消除余差，D/A转换器 的输出电压会向一个方向变化。这时如果接上执行器，能减小误 差，则为负反馈，反之为正反馈。 4 5.1 模拟量闭环控制系统PID控制的优点 l不需要被控对象的数学模型 l结构简单，容易实现 l有较强的灵活性和适应性 l使用方便 5 5.2 PID控制器的数字化 PID 调节器 D/A 被控 对象 测量 元件 sp(n ) e(n)M(n) c(t) pv(t) + - 执行 机构 变送 器 A/D M(t) pv(n ) PLC周期性地执行PID控制程序，执行的周期称为采用周期Ts 。 6 5.3 PID_Compact指令 S7-1200使用PID_Compact指令来实现PID控制，该指令的背景数 据块称为PID_Compact工艺对象。PID控制器具有参数自调节功 能和自动、手动模式。 PID控制器连续地采集测量的被控制变量的实际值(简称为实际值 或输入值)，并与期望的设定值比较，根据得到的误差，计算输出 ，使被控变量尽可能快地接近设定值或进入稳态。 7 5.3 PID_Compact指令生成一个新项目 1/2 添加一个PLC设备，将硬件目录中的AO信号板托到CPU中，设 置其输出为10V电压： 8 5.3 PID_Compact指令生成一个新项目 2/2 集成的模拟量输入的0号通道的量程为默认的010V： 9 5.3 PID_Compact指令生成循环中断组织块 调用PID_Compact的时间间隔称为采样时间，为了保证精确的采 样时间，用固定的时间间隔执行PID指令，在循环中断OB中调用 PID_Compact指令。 建立循环组织块OB200，设置循环时间间隔为300ms。 10 打开任务卡的“扩展指令”窗口的PID文件夹，将其中的 “PID_Compact”指令拖放到OB200中，将默认的背景数据块的名 称改为PID_DB。 5.3 PID_Compact指令调用PID_Compact指令 1/2 11 5.3 PID_Compact指令调用PID_Compact指令 2/2 在程序块的文件夹中生成名为“PID_Compact”的功能块FB1130 ，生成的背景数据块PID_DB在项目树的文件夹“工艺对象”中。 12 5.3 PID_Compact指令PID_Compact指令的模式 1/2 1)未激活模式 PID Compact工艺对象被组态并首次下载到CPU后，PID控制 器处于未激活(Inactive)模式，此时需要在调试窗口进行首次启 动自调节。 在运行时出现错误，或者点击了调试窗口的“停止测量”按钮， PID控制器将进入未激活模式。 选择其他运行模式时，活动状态的错误被确认。 2)自动调节模式 打开PID调试窗口，可以选择进入首次启动自调节模式或运行 中自调节模式。 13 5.3 PID_Compact指令PID_Compact指令的模式 2/2 3)自动模式 在自动模式，PID Compact工艺对象根据设置的PID参数进行闭 环控制。满足下列调节之一时，控制器将进入自动模式： l 成功地完成了首次启动自调节和运行中自调节的任务； l 在组态窗口中选中了“使用手动PID参数设置”复选框 4)手动模式 在手动模式下，PID控制的输出变量用手动设置。满足下列调 节之一，控制器将进入手动模式： 指令的输入参数“ManualEnable”(启用手动)为1状态。 在调试窗口选中了“手动”复选框。 14 5.3 PID_Compact指令组态基本参数 1/2 选中反作用控制器， 用来保证负反馈 选中“PID_Compact”指令，然后选中巡视窗口左边的“基本参数” ，在右边窗口设置PID的基本参数。 15 5.3 PID_Compact指令组态基本参数 2/2 选择来自用户程 序或外设输入 “Tag_11”和“Tag_12”分别时IW64(CPU集成的模拟量输入通道0) 和QW80(1AO信号板的模拟量输出)。 16 5.3 PID_Compact指令组态输入标定 模拟量的实际值(或来自用户程序的输入值)为0.0%100.0%时， A/D转换后的数字为0.027648.0。 可以设置输入的上限和下限，在运行时一旦超过上限或低于下 限，停止正常控制，输出值被设置为0。 17 5.3 PID_Compact指令组态高级设置-输入监视 为了设置PID的高级参数，打开项目树中的文件夹“PLC_1工艺 对象PID_DB”，双击“组态”，打开PID_Compact对象；或者点 击PID_Compact指令右上角的 图标，也可打开PID组态对话 框。 运行时如果输入值超过设置的上限值或低于下限值，指令的bool 输出参数“InputWarning_H”或“InputWarning_L”将变为1. 18 5.3 PID_Compact指令组态高级设置-PWM监视 该设置影响指令的输出变量“Output_PWM”。 PWM的开关量输出受“PID_Compact”指令的控制，与CPU集成 的脉冲发生器无关。 19 5.3 PID_Compact指令组态高级设置-输出限制 设置输出变量的限制值，使手动模式或自动模式时PID的输出值 不超过上限和低于下限。 用Output_PWM作PID的输出值时，只能控制正的输出变量。 20 5.3 PID_Compact指令组态高级设置-PID参数 21 5.3 PID_Compact指令用PID指令设置参数 可以在PID指令上直接输入指令的参数，未设置(采用默认值)的 参数为灰色。 点击指令框下面向下的箭头 ，将显示更多的参数； 点击向上的箭头，将不显示 指令中灰色的参数； 点击某个参数的实参，可以 直接输入地址或常数。 22 5.3 PID_Compact指令PID指令的输入变量 参数名称 数据 类类型 说说 明默认值认值 SetpointReal自动动模式的控制器设设定值值0.0 InputReal 作为实际值为实际值 (即反馈值馈值 )来源的用 户户程序的变变量 0.0 Input_PERWord作为实际值为实际值 来源的模拟拟量输输入W#16#0 ManualEnable Bool 上升沿选择选择 手动动模式，下降沿选选 择择最近激活的操作模式 FALSE ManualValueReal手动动模式的PID输输出变变量0.0 ResetBool 重新启动动控制器，1进进入未激活模 式，控制器输输出变变量为为0，临时临时 值值被复位，PID参数保持不变变 FALSE 23 5.3 PID_Compact指令PID指令的输出变量 参数名称 数据类 型 说 明默认值 ScaleinputReal经比例缩放的实际值 的输出0.0 OutputReal用于控制器输出的用户程序变量0.0 Output_PERWordPID控制器的模拟量输出W#16#0 Output_PWMBool使用PWM的控制器开关输出FALSE SetpointLimit_H Bool1时设 定值的绝对值 达到或超过上限FALSE SetpointLimit_L Bool1时设 定值的绝对值 达到或低于下限FALSE InputWarning_H Bool1时实际值 达到或超过报 警上限FALSE InputWarning_L Bool1时实际值 达到或低于报警下限FALSE StateInt PID控制器的当前运行模式：04分别表示 未激活、首次启动自调节 、运行中自调节 、自动、手动模式 16#0000 ErrorDWord 错误 信息：0没有错误 ；非0有1个或多个 错误 ，控制器进入未激活模式 24 5.4 用调试窗口整定PID控制器调试窗口 25 5.4 用调试窗口整定PID控制器调试窗口的功能 1)使用“首次启动自调节”功能优化控制器； 2)使用“运行中自调节”功能优化控制器，可以实现最佳调节； 3)用趋势视图监视当前的闭环控制； 4)通过手动设置控制器的输出值来测试过程。 26 5.4 用调试窗口整定PID控制器基本操作 1. 用下拉式列表 设置采样时间 2. PC与PLC建立好通信连接后，点击“ 启动测量”，开始用趋势图记录 3. 点击“停止测量”，结束调试功能。可以用趋 势图中的曲线来分析PID控制的效果。 关闭调试窗口后，趋势图中的记录被停止，记录的数据被删除 。 27 5.4 用调试窗口整定PID控制器显示模式 Strip(连续显示)：新的趋势值从趋势区的右边进入，较早的趋 势值移动到趋势区的最左边位置，时间轴不能移动。 Scope(区域跳跃显示，示波器图)：新的趋势值从趋势区的左边开始往右边移 动，达到趋势区的右边缘时，监控区往右移动一个视图宽度，时间轴上的时 间值随之而变。原有的趋势曲线消失，新的趋势值又从左边出现。 Sweep(滚动显示)：趋势曲线固定不变，出现一根从左往右移动的垂直线，直 线左边的背景色为白色，是新出现的趋势值，直线右边的背景色为浅绿色，是 原来的趋势值。垂直线移动到最右边后，返回最左边，又往右移动。时间轴不 能移动。 Static(静态区域显示)：趋势视图的写入被中断，在后台记录新的趋势值。显 示的是趋势的历史曲线，时间轴可以在整个记录区间移动。 28 5.4 用调试窗口整定PID控制器移动坐标轴与改变坐 标轴的比例 可以将坐标轴锁死或解除闭锁。 拉伸或压缩时间轴 拉伸或压缩左边的设定值/输入值轴和右边的控制器 输出变量轴 29 5.4 用调试窗口整定PID控制器标尺 使用标尺可以分析趋势曲线上离散的值。垂直标尺在趋势区的最 左边，水平的标尺在趋势区的最上面。 将鼠标放在趋势区的最左边，光标变为人手的形状，按住鼠标左 键，可以左右拖动垂直标尺。标尺与3条曲线的交点处的垂直坐 标出现在交点附件标尺的右边。标尺与趋势区下边缘的交点处出 现标尺所在处的时间值。 可以用鼠标拖放出多根垂直标尺到趋势区，最后拖放的标尺是活 动的，用深色表示。其余的标尺是不活动的，用灰色显示。点击 不活动标尺，可以将它变为活动的标尺。按住ALT后点击标尺， 可以消除它。 30 5.4 用调试窗口整定PID控制器首次启动自调节 1/2 该模式要求的调节： 1)在循环中断OB中调用“PID_Compact”指令； 2)建立与CPU的在线连接，CPU在RUN模式； 3)点击“启动测量”，激活调试视图的功能； 4)未选中“手动”复选框； 5)设定值与实际值在组态的限制值之内； 5)设定值与实际值的差值大于50%。 31 5.4 用调试窗口整定PID控制器首次启动自调节 2/2 操作步骤如下： 1)用单选框选中调试窗口的“优化”区的“首次启动自调节”； 2)点击“首次启动自调节”，启动自调节，“状态”域显示当前的步 骤和可能出现的错误，“进度”域显示当前步骤的进展。 如果自调节没有出错，PID的参数被优化，将PID控制器切换到 自动模式，使用优化的参数。上电和重新启动CPU时，优化的 参数被保持。 32 5.4 用调试窗口整定PID控制器运行中自调节 该模式要求的条件与首次启动自调节模式的基本相同，区别在于 第6条改为设定值与实际值的差值小于50%。如果大于50%，应 先进行首次启动调节，完成后自动进行运行中自调节。 步骤： 1)用单选框选中调试窗口的“优化”区的“运行中自调节”； 2)点击“启动自调节”，启动自调节。 33 5.4 用调试窗口整定PID控制器保存优化的PID参数 PID控制器在CPU内优化，如果想在下载项目数据时使用优化的 PID参数，可以将PID参数保存到项目中： 1)建立计算机与CPU的在线连接； 2)令CPU运行在RUN模式； 3)点击“启动测量”，激活调试窗