西门子S7-1200PLC教程 课件 第10章 PID控制

第10章PID控制PID概述PID_CompactPID_TempPID_3Step1PID概述

PID的原理S7-1200PID功能S7-1200PID指令的区别PID的原理——自动控制自动控制开环控制给定控制扰动控制反馈控制复合控制最优控制、自适应控制、模糊控制PID的原理——（反馈控制）通过反馈信息，修正被控量信息与输入量之间的偏差控制器补水阀变送器水位设定汽包水位蒸汽汽包给水LTLCPID的原理——（反馈控制系统的组成）执行元件放大元件被控对象测量元件输入量输出量-测量元件；给定元件；比较元件；放大元件；执行元件。+PID的原理——（PID控制）执行元件放大元件被控对象测量元件输入量输出量-+基于反馈控制理论，在工程实际中，应用最为广泛的比例、积分、微分控制，简称PID控制PID控制PID的原理——（比例、积分、微分的作用）P调节迅速，减小误差存在静差，过大容易震荡I消除静差导致系统稳定性下降，动态响应变慢改善系统动态性能，减少超调，减少时间对噪声干扰有放大作用，对系统抗干扰不利DPID控制PID的原理——（PID优点）原理简单实用方便；实用性强；可以广泛应用在化工，冶金等领域；控制品质对其被控对象特性的变化不大敏感；对模型依赖性少，按PID控制进行工作的自动控制调节器早已商品化。S7-1200PID功能提供3个PID指令：PID_Compact、PID_3Step、PID_TempPID的调节回路数仅受程序大小及执行时间影响，没有具体数量限制；支持抗积分饱和功能；支持不同错误的响应；TIA提供了调试面板。具有模拟量或PWM输出的连续PID控制用于集成的执行器的专用步进式控制器可带两个执行器的用于加热和冷却的温度控制器S7-1200PID指令——S7-1200抗积分饱和功能原因被控对象偏差一时无法消除一段时间之后，控制器输出将进入积分饱和状态危害系统失去控制，造成控制性能恶化S7-1200PID指令——S7-1200抗积分饱和功能(PID_Compact&PID_3Stemp)达到调节值限值，此时积分分量IntegralSum将不再增加/减S7-1200PID指令——S7-1200抗积分饱和功能(PID_Temp)AntiWindUpMode响应0从控制器输出达到限值，主控制器不响应1从控制器输出达到限值，主控制器积分作用减弱2任一从控制器输出达到限值，主控制器积分作用立即暂停S7-1200PID功能PID_3Step、PID_Temp支持死区；PID_Temp支持控制带；PID_Temp支持串级控制。S7-1200PID指令——死区SetpointSetpoint+死区Setpoint-死区Input·OutputS7-1200PID指令——控制带SetpointSetpoint+控制带Setpoint-控制带InputOutputS7-1200PID指令背景DB的存储区需求CPU处理时间（典型）PID_Compact装载存储区，约12000bytesCPU121XC(FW>=4.1)300us工作存储区788bytes保持性存储区44bytesPID_3Step装载存储区，约15000bytesCPU121XC(FW>=4.1)410us工作存储区1040bytes保持性存储区60bytesPID_Temp装载存储区，约17000bytesCPU121XC(FW>=4.1)580us工作存储区1280bytes保持性存储区100bytesS7-1200PID指令——PID_Compact连续的PID控制可输出模拟量或脉冲宽度调制PWM输出S7-1200PID指令——PID_3Step用于开关量信号控制的执行器输出用于模拟量或二进制阀门控制位置反馈/停止信号集成的电机转换时间测量支持死区控制S7-1200PID指令——PID_Temp两套控制器参数用于加热和冷却模拟量或脉宽调制信号输出集成两个输出的自整定——尤其适合于温度过程带抗积分饱和的级联控制支持死区与控制带功能S7-1200PID指令——错误响应S7-1200PID指令——错误响应ErrorBits错误类型错误响应非活动错误待定当前值错误待定替代输出值16#0001Input超出范围切换到未激活自动模式

自动模式16#0008采样时间错误16#4000Disturbance无效16#0002InputPER无效输出保持为错误出现前最后一个有效值；错误离开后，PID切回自动输出组态的“替换输出值”；错误离开后，PID切回到自动16#0200Input无效16#1000Setpoint无效16#20000替代值无效S7-1200PID指令——PID调试面板测量在实时趋势中显示设定值、过程值和输出值调节对PID参数进行自整定，可选择预调节或精确调节S7-1200PID指令——S7-1200PID参数整定预调节：确定对输出值跳变的过程响应，并搜索拐点。主要要求：设定值-过程值>过程值（高限值-低限值）的30%设定值-过程值>设定值的50%Y(t)t设定值过程值S7-1200PID指令——S7-1200PID参数整定精确调节：使过程值出现恒定受限的振荡，并根据此振荡的幅度和频率为操作点调节PID参数主要要求：控制器工作在操作点不希望有扰动tY(t)设定值过程值S7-1200PID指令——S7-1200PID参数整定手动调节：工程师通过经验或曲线观察法人工设置PID参数S7-1200PID功能块的区别指令PID_CompactPID_3StepPID_Temp模拟量输出

PWM输出

加热/制冷输出--

死区-

控制带--

串级控制--

预调节

精确调节

抗积分饱和

执行器阀位反馈-

-2.PID-CompactPID-Compact组态PID-Compact指令PID-Compact调试PID-Compact演示2.PID-Compact——PID-Compact功能可以组态模拟量输出可以组态PWM输出可以进行自整定调节可以手动进行参数设置有基本视图和扩展视图2.PID-Compact——PID-Compact组态创建工艺对象2.PID-Compact——PID-Compact组态组态基本设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态基本设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态基本设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态过程值设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态高级设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态高级设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态高级设置2.PID-Compact——PID-Compact指令调用指令2.PID-Compact——PID-Compact指令Input管脚参数名称数据类型说明SetpointREAL设定值InputREAL反馈值（工程量）Input_PERINT反馈值（模拟量）DisturbanceREAL扰动量ManualEnableBOOL手动模式按钮ManualValueREAL手动输出值EeeorAckBOOL错误确认ResetBOOL重启PID2.PID-Compact——PID-Compact指令Input管脚参数名称数据类型说明ModeActiveBOOL激活Mode中的模式ModeINT0：未激活1：预调节2：精确调节3：自动模式4：手动模式2.PID-Compact——PID-Compact指令Output管脚参数名称数据类型说明ScaledInputREAL标定后的过程值OutputREAL输出（工程量）Output_PERINT输出（模拟量）Output_PWMBOOL输出（脉宽调制）SetpointLimit_HBOOL设定值超出上限SetpointLimit_LBOOL设定值超出下限InputWarning_HBOOL反馈超出上限警告InputWarning_LBOOL反馈超出下限警告StateINT输出Mode的状态ErrorBOOL错误ErrorBitsDWORD错误代码2.PID-Compact——PID-Compact调试预调节设定值-过程值>过程值的（高限值-低限值）的30%设定值-过程值>设定值的50%2.PID-Compact——PID-Compact调试精确调节控制回路已稳定，例如预整定完成不希望有扰动2.PID-Compact——PID_Compact演示

演示内容工艺对象内建立并组态PID_Compact;程序内创建循环中断，并调用PID_Compact指令调用被控对象仿真块进行预调节进行精确调节2.PID-Compact——PID_Compact演示

演示内容工艺对象内建立并组态PID_Compact;程序内创建循环中断，并调用PID_Compact指令调用被控对象仿真块进行预调节进行精确调节2.PID-Compact——PID_Compact演示创建PID工艺对象有两种方式：工艺对象内添加对象1项目树左侧——工艺对象——新增对象——PID——PID_Compact12.PID-Compact——PID_Compact演示创建PID工艺对象有两种方式：程序内调用PID指令22首先建立循环中断——选择右侧的工艺对象——PID控制——PID_Compact2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（基本设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（过程值设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（高级设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（高级设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试3PID_3StepPID_3Step指令可对具有阀门自调节的PID控制器或具有积分行为的执行器进行组态。三位执行机构的特征如下。（1）只接受开启/关闭两个数字量输出控制。（2）具有开到位/关到位的限位开关输入信号或具有模拟量反馈位置信号。3PID_3Step3PID_3Step参

数数据类型说

明SetpointREALPID控制器在自动模式下的设定值InputREALPID控制器的过程值（工程量）Input_PERINTPID控制器的过程值（模拟量）Actuator_HBOOL执行器上限位Actuator_LBOOL执行器下限位FeedbackREAL执行器的位置反馈（工程量）Feedback_PERINT执行器的位置反馈（模拟量）DisturbanceREAL扰动变量或预控制值ManualEnableBOOL为1时，切换到手动模式；由1变为0时，将切换到保存在Mode参数中的工作模式ManualValueREAL手动模式下的PID输出值（调节类执行器）Manual_UPBOOL执行器打开（开关类执行器）Manual_DNBOOL执行器关闭（开关类执行器）ErrorAckBOOLErrorAck由0变为1时，错误确认，清除已经离开的错误信息ResetBOOL重新启动控制器，PID输出，积分作用清零，不论错误是否离开都会清除错误ModeActiveBOOL由0变为1时，PID_3Step将切换到保存在Mode参数中的工作模式3PID_3Step参

数数据类型说

明ScaledInputREAL标定后的过程值ScaledFeedbackREAL标定后的位置反馈Output_UPBOOL执行器打开数字量输出（开关类执行器）Output_DNBOOL执行器关闭数字量输出（开关量执行器）Output_PERINTPID控制器的模拟量输出（调节类执行器）SetpointLimit_HBOOL为1时设定值达到上限Setpoint≥Config.SetpointUpperLimitSetpointLimit_LBOOL为1时设定值达到下限Setpoint≥Config.SetpointLowerLimitInputWarning_HBOOL为1时过程值已达到或超出警告上限InputWarning_LBOOL为1时过程值已达到或超出警告下限

3PID_3Step参

数数据类型说

明ModeINT指定PID_3Step将转换到的工作模式State=0：未激活State=1：预调节State=2：精确调节State=3：自动模式State=4：手动模式State=6：转换时间测量State=10：无停止位信号的手动模式工作模式由以下沿激活ModeActivate的上升沿Reset的下降沿ManualEnable的下降沿4PID_TempPID_Temp指令提供了一种可对温度过程进行集成调节的PID控制器。PID_Temp可用于纯加热或加热/制冷应用。PID_Temp工艺对象提供具有集成和调节功能的连续PID控制器。PID_Temp专为温度控制而设计，适用于加热或加热/制冷。为此，其提供了两路输出，分别用于加热和制冷。另外，PID_Temp还可用于其他控制任务、级联，以及在手动或自动模式下使用。多个PID控制回路相互嵌套，形成了级联控制。主控制器的输出值作为从控制器的设定值，最外层从控制器的输出应用于执行器。级联控制的优点是可以迅速纠正控制系统中发生的扰动，显著降低扰动对受控变量的影响，从控制器回路以线性形式发挥作用。因此，这些非线性扰动对受控变量的负面影响可得到缓解。4PID_TempPID_Temp可连续采集在控制回路内测量的过程值，并将其与设定值进行比较。指令PID_Temp将根据生成的控制偏差计算加热和/或制冷的输出值，而该值用于将过程值调整到设定值。以巧克力融化装置为例，使用P