S7-200中的PID控制（温度控制举例）

1、Hardware Software Workshop WinCC Flexible 1 S7-200 PID 温度控制温度控制 PID设置设置PID编程编程 NEW! Hardware Software Workshop WinCC Flexible 2 S7-200 PID 温度控制温度控制 PID控制理论简介控制理论简介 PID温度控制示例温度控制示例 工作原理工作原理 任务目标任务目标 实现过程实现过程 提纲提纲 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 3 PID控制理论简介控制理论简介 PID （比例 - 积分 - 微分）控制器作为 最早实用

2、化的控制器已有 50 多年历史， 现在仍然是应用最广泛的工业控制器。 PID 控制器简单易懂，使用中不需精确 的系统模型等先决条件，因而成为应用 最为广泛的控制器。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列 化产品，使用中只需设定三个参数 （ Kc ， Ti 和 Td ）即可。在很多情况 下，并不一定需要全部三个单元，可以 取其中的一到两个单元，但比例控制单 元是必不可少的。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 4 PID控制理论简介比例调节控制理论简介比例调节 按比例反应系统的偏差，系统一旦 出现了偏差，比例调节立即产生调 节作用用以减少偏差。比例作

3、用大， 可以加快调节，减少误差，但是过 大的比例，使系统的稳定性下降， 甚至造成系统的振荡。 比例调节作用比例调节作用 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 5 PID控制理论简介积分调节控制理论简介积分调节 使系统消除稳态误差，提高无差度。因 为有误差，积分调节就进行，直至无差， 积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决与积分时间常数Ki， Ki越小，积分作用就越强。反之Ki大则 积分作用弱，加入积分调节可使系统稳 定性下降，动态响应变慢。积分作用常 与另两种调节规律结合，组成PI调节器 或PID调节器。 积分调节作用积分调节作用

4、Hardware Software Workshop WinCC Flexible 6 PID控制理论简介微分调节控制理论简介微分调节 微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预 见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超 前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被 微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动 态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减 少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰 有放大作用，因此过强的微分调节，对系统抗 干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当 输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作 用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相 结合，组成PD或PID控制器。 微分调节作用

5、微分调节作用 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 7 PID温度控制示例温度控制示例 PID控制理论简介控制理论简介 PID温度控制示例温度控制示例 工作原理工作原理 任务目标任务目标 实现过程实现过程 提纲提纲 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 8 S7-200 PID 温度控制温度控制 工作原理工作原理 任务目标任务目标 实现过程实现过程 PID温度控制示例温度控制示例 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 9 PID温度控制示例温度控制示例工作原

6、理工作原理 PID温度控制系统是一个闭环系统，由 PLC的输出控制加热器对热电阻的加热 程度. 同时通过温度传感器将热电阻当前的实 际温度转变成电信号，再通过PLC的模 拟量输入端将温度传感器传回来的电信 号转变成数字量传送给CPU以用于计算。 对PLC进行编程，可以设定目标温度， 然后通过PID调节控制PLC的输出，使 热电阻的实际温度逐渐趋近于目标温度。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 10 PID温度控制示例温度控制示例 工作原理工作原理 任务目标任务目标 实现过程实现过程 PID温度控制示例温度控制示例 Hardware Softwa

7、re Workshop WinCC Flexible 11 PID温度控制示例温度控制示例任务目标 使用西门子文本显示屏TD200C实 时监测热电阻的实际温度 并且可以通过显示屏设定目标温度 以及PID控制参数。通过PLC实现 温度的PID调节。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 12 PID温度控制示例温度控制示例 工作原理工作原理 任务目标任务目标 实现过程实现过程 PID温度控制示例温度控制示例 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 13 PID温度控制示例温度控制示例实现过程 通过PID向导

8、配置PID回路 PID相关指令及回路表 通过文本显示向导配置TD200C显示屏 编写程序 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 14 实现过程实现过程通过通过PID向导配置向导配置PID回路回路 1 进入PID配置向导 2选择要配置的PID回路 3设置回路参数 4设置回路的输入/输出选项 5设置回路的报警选项 6为配置分配存储区 7指定子程序和中断程序 8生成 PID 代码完成配置 步骤步骤 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 15 配置配置PID回路回路步骤步骤1：进入：进入PID配置向导配置向导

9、选择项目树中的选择项目树中的 “向导向导-PID” 进入PID配置向 导 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 16 1. 选择要配置的PID回路。 2. 点击“下一步”按钮。 配置配置PID回路回路步骤步骤2：选择要配置的：选择要配置的PID回路回路 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 17 配置配置PID回路回路步骤步骤3：设置回路参数：设置回路参数 1. 设置给定值的最小值为0.0最大值为60.0,即给定的温度 范围是060度。 2. 设置PID控制参数均使用默认值。 3. 点击“下一步”按钮。

10、 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 18 配置配置PID回路回路步骤步骤4：设置回路的输入：设置回路的输入/输出选项输出选项 1. 指定回路的过程变量（pv）使用单极性标定。 2. 设置过程变量（pv）的标定范围为032000。 3. 设置输出类型为数字量输出，占空比周期为1秒。 4. 点击“下一步”按钮。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 19 配置配置PID回路回路步骤步骤5：设置回路的报警选项：设置回路的报警选项 点击“下一步”按钮。 Hardware Software Workshop

11、WinCC Flexible 20 配置配置PID回路回路步骤步骤6：为配置分配存储区：为配置分配存储区 1. 选择一个未使用的V存储区来存放模块的配置信息，可 以点击“建议地址”按钮，让系统来选定一个合适的存 储区。这里PID回路存储区的首地址为VB400。 2. 点击“下一步”按钮。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 21 配置配置PID回路回路步骤步骤7：指定子程序和中断程序：指定子程序和中断程序 1. 为向导子程序和中断程序命名。 2. 点击“下一步”按钮。 Hardware Software Workshop WinCC Flexib

12、le 22 配置配置PID回路回路步骤步骤8：生成：生成 PID 代码完成配置代码完成配置 点击“完成”按钮生成PID代码完成配置。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 23 PID温度控制示例温度控制示例实现过程 通过PID向导配置PID回路 PID相关指令及回路表 通过文本显示向导配置TD200C显示屏 编写程序 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 24 实现过程实现过程PID相关指令及回路表 通过向导完成对 PID回路的配置 后回生成子程序 “PIDx_INIT”。 相关指令相关指令 Hard

13、ware Software Workshop WinCC Flexible 25 PID相关指令及回路表 PIDx_INIT指令指令 PIDx_INIT 指令根据在PID向导中 设置的输入和输出执行 PID 功能。 每次扫描均调用该指令。 PIDx_INIT 指令的输入和输出取 决于在PID 向导中所作的选择。 例如，如果选择“增加PID手动 控制”功能则在指令中将显示 Auto_Manual（自动/手动切换） 和ManualOutput（手动模式下的 输出值）输入，如果在 PID 向导 的“回路报警选项”屏幕中选择 “使能低限报警（PV）”，则在 指令中将显示LowAlarm（低限报 警）输

14、出。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 26 PID相关指令及回路表 PIDx_INIT指令指令 输入输入/ /输出输出数据类型数据类型注释注释 ENEN布尔布尔使能位，为使能位，为1 1时调用该指令时调用该指令 PV_IPV_I整数整数PIDPID回路的过程变量回路的过程变量 Setpoint_RSetpoint_R实数实数PIDPID回路的设定值回路的设定值 Auto_ManualAuto_Manual布尔布尔PIDPID手动手动/ /自动切换自动切换 ManualOutputManualOutput实数实数手动模式下的输出值手动模式下的输

15、出值 Output(Output(数字数字) )布尔布尔由向导确定由向导确定PLCPLC输出为数字量输出为数字量 Output(Output(模拟模拟) )整数整数由向导确定由向导确定PLCPLC输出为模拟量输出为模拟量 HighAlarmHighAlarm布尔布尔高限报警高限报警 LowAlarmLowAlarm布尔布尔低限报警低限报警 ModuleErrModuleErr布尔布尔模拟量输入模块报错模拟量输入模块报错 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 27 PID相关指令及回路表相关指令及回路表回路表回路表 PID回路表回路表 PIDPID回

16、路表回路表 偏移量偏移量域域格式格式类型类型说明说明 0进程变量双字实数入包含进程变量，必须在0.0至 4设定值双字实数入包含设定值，必须在0.0至1.0范围内。 8输出双字实数入/出包含计算输出，在0.0至1.0范围内。 12增益双字实数入包含增益，此为比例常数，可为正数或负数。 16采样时间双字实数入包含采样时间，以秒为单位，必须为正数。 20积分时间或复原双字实数入包含积分时间或复原，以分钟为单位，必须为正数。 24微分时间或速率双字实数入包含微分时间或速率，以分钟为单位，必须为正数。 28偏差双字实数入/出包含0.0和1.0之间的偏差或积分和数值。 32以前的进程变量双字实数入/出包含

17、最后一次执行PID指令存储的进程变量以前的数值。 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 28 PID温度控制示例温度控制示例实现过程 通过PID向导配置PID回路 PID相关指令及回路表 通过文本显示向导配置TD200C显示屏 编写程序 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 29 PID温度控制示例温度控制示例通过向导配置通过向导配置TD200C显示屏显示屏 1. 进入文本显示的配置向导进入文本显示的配置向导 2. 选择选择 TD 型号和版本型号和版本 3. 使能标准菜单、密码及设置更新速率使能标准菜单

18、、密码及设置更新速率 4. 设置本地化显示设置本地化显示 5. 配置键盘按键配置键盘按键 6. 基本配置完成，进行用户菜单配置。基本配置完成，进行用户菜单配置。 7. 定义用户菜单和文字定义用户菜单和文字 8. 完成用户菜单配置完成用户菜单配置 9. 向导部分完成向导部分完成 10.为配置分配存储区为配置分配存储区 11.生成项目组件生成项目组件 步骤步骤 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 30 配置配置TD200C显示屏显示屏 选择项目树中的选择项目树中的 “向导向导-文本显示文本显示” 进入文本显示屏配进入文本显示屏配 置向导置向导 步骤步

19、骤1：进入文本显示配置向导：进入文本显示配置向导 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 31 配置配置TD200C显示屏显示屏 点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。 步骤步骤1：进入文本显示配置向导：进入文本显示配置向导 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 32 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 选择选择TD的型号和版本。的型号和版本。 2. 点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。 步骤步骤2：选择：选择TD型号和版本型号和版本 Hardware Softw

20、are Workshop WinCC Flexible 33 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 设置密码保护，这里未启用密码保护设置密码保护，这里未启用密码保护 2. 使能标准菜单，根据需要选择。使能标准菜单，根据需要选择。 3. 设置更新速率。设置更新速率。 4. 点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。 步骤步骤3：使能标准菜单、密码及设置更新速率：使能标准菜单、密码及设置更新速率 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 34 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 选择显示文本的语言。选择显示文本的语言。 2. 选择显示文

21、本的字符集。选择显示文本的字符集。 3. 点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。 步骤步骤4：配置本地化显示：配置本地化显示 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 35 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 配置键盘按钮的动作，可以选择配置键盘按钮的动作，可以选择“置位置位”或或“瞬动触点瞬动触点”。 2. 设置显示相应的响应标志。设置显示相应的响应标志。 3. 点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。 步骤步骤5：配置键盘按键：配置键盘按键 Hardware Software Workshop WinCC Fl

22、exible 36 配置配置TD200C显示屏显示屏 点击点击“用户菜单用户菜单”选项进入用户菜单配置向导。选项进入用户菜单配置向导。 步骤步骤6：基本配置完成进入用户菜单配置：基本配置完成进入用户菜单配置 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 37 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 定义用户菜单，这里定义了三个用户菜单分别是：PID温 度监测，PID参数设定，PID目标温度设定。 2. 选择“PID温度监测”菜单点击“添加屏幕”按钮为其添 加一个屏幕。该屏幕用于显示PID温度控制系统的实际温 度。 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜

23、单和文字 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 38 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 输入要在屏幕 上显示的文本。 2. 点击“插入PLC 数据”按钮在 屏幕上插入一 个区域用来显 示PLCV存储区 中某一地址的 值。 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 39 配置配置TD200C显示屏显示屏 1. 指定数据地址为VD1000（后面编写PLC程序是会用到该 地址）。 2. 选择数据格式为实数（浮点数）。 3. 设置显示到小数点后一位。 4.

24、点击“确认”按钮完成PLC数据的插入。 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 40 配置配置TD200C显示屏显示屏 点击“确认”按钮完成一个屏幕的添加。 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 41 配置配置TD200C显示屏显示屏 按照上面的方法为菜单按照上面的方法为菜单“PID参参 数设定数设定”添加三个屏幕添加三个屏幕 屏幕屏幕0：用于设定比例增益系数：用于设定比例增益系数Kc 屏幕屏幕1：用于

25、设定积分时间常数：用于设定积分时间常数Ti 屏幕屏幕2：用于设定文分时间常数：用于设定文分时间常数Td 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 42 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕0 用于设定比用于设定比 例增益系数例增益系数 Kc Hardware Software Workshop WinCC Flexible 43 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕0中中PLC数据的属性

26、数据的属性 数据地址为数据地址为VD412（根据（根据PID回路表回路表VD412中的值既中的值既 是是Kc）。）。 数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。 显示小数点后两位显示小数点后两位 允许用户编辑允许用户编辑 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 44 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕1 用于设定积用于设定积 分时间常数分时间常数 Ti Hardware Software Workshop WinCC Flexible 45 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步

27、骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕1中中PLC数据的属性数据的属性 数据地址为数据地址为VD420（根据（根据PID回路表回路表VD412中的值既中的值既 是是Ti）。）。 数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。 显示小数点后两位显示小数点后两位 允许用户编辑允许用户编辑 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 46 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕2 用于设定微用于设定微 分时间常数分时间常数 Td Hardware Software Workshop

28、WinCC Flexible 47 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕2中中PLC数据的属性数据的属性 数据地址为数据地址为VD424（根据（根据PID回路表回路表VD412中的值既中的值既 是是Td）。）。 数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。 显示小数点后两位显示小数点后两位 允许用户编辑允许用户编辑 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 48 配置配置TD200C显示屏显示屏 按照上面的方按照上面的方 法为菜单法为菜单 “PID目标温目标温 度设定度设定”添加添加 一

29、个屏幕一个屏幕0 用于设定用于设定PID 温度控制系统温度控制系统 的目标温度的目标温度 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕0 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 49 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字 屏幕屏幕0中中PLC数据的属性数据的属性 数据地址为数据地址为VD2000（后面编写（后面编写PLC程序时会用到该程序时会用到该 地址）。地址）。 数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。 显示小数点后一位显示小数点后一位 允许用户编辑允许用户编辑 Hardware Software Workshop WinCC Flexible 50 配置配置TD200C显示屏显示屏 步骤步骤8：完成用户菜单配置：完成用户菜单配置 点击点击“下一步下一步”按钮完成用户菜单配置。按钮