1、博途1200课程-第26讲-S7-1200的PID控制器2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1mA干扰电流在10MW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 W)。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。电压电压 0-10V 电流电流 0
2、(4)-20mA 选择依据选择依据 工业工业上通常用电压上通常用电压 05(10)V 或电流或电流 0(4)20mA 作为模拟信号传作为模拟信号传输的方法，也是被程控机经常采用的一种方法。那么电压和电流的传输的方法，也是被程控机经常采用的一种方法。那么电压和电流的传输方式有什么不同，什么时候采用什么方法，下面将对此进行简要介输方式有什么不同，什么时候采用什么方法，下面将对此进行简要介绍绍。 电压电压信号传输比如信号传输比如 05(10)V如果一个模拟电压信号从发送点通过如果一个模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。原因是电压信号长的电缆传输到接收点，那么信号可能
3、很容易失真。原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个失。由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。电阻的和。 如果信号接收电路的输入阻抗是高阻的，那么由上述的电阻引起的传输误差就足够小，这些电阻也就可以忽略不计。要求不增加信号发送方的费用又要所提及的电阻可忽略，就要求信号接收电路有一个高的输入阻抗。如果用运算放大器 OP 来做接收方的输入放大器，就要考虑到此类放大器的输入阻抗通常是小于 TRUE 沿时会激活“手动模式”
4、，而 State = 4 和 Mode 保持不变。只要 ManualEnable = TRUE，便无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。出现 TRUE-FALSE 沿时会激活由 Mode 指定的工作模式。建议只使用 ModeActivate 更改工作模式。ManualValueREAL0.0手动值 该值用作手动模式下的输出值。允许介于 Config.OutputLowerLimit 与 Config.OutputUpperLimit 之间的值。ErrorAckBOOLFALSEFALSE - TRUE 沿 将复位 ErrorBits 和 Warning。
5、ResetBOOLFALSE重新启动控制器。FALSE - TRUE 沿切换到“未激活”模式将复位 ErrorBits 和 Warnings。积分作用已清除（保留 PID 参数）只要 Reset=TRUE，PID_Compact 便会保持在“未激活”模式下 (State=0)。TRUE - FALSE 沿PID_Compact 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。ModeActivate BOOLFALSEFALSE - TRUE 沿 PID_Compact 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。Parameter数据类型默认值说明ScaledInputREAL0.0标定的过程值
6、可同时使用“Output”、“Output_PER”和“Output_PWM”输出。OutputREAL0.0REAL 形式的输出值Output_PERINT0模拟量输出值 Output_PWMBOOLFALSE脉宽调制输出值输出值由变量开关时间形成。SetpointLimit_HBOOLFALSE如果 SetpointLimit_H=TRUE，则说明达到了设定值的绝对上限 (SetpointConfig.SetpointUpperLimit)。此设定值将限制为 Config.SetpointUpperLimit 。SetpointLimit_LBOOLFALSE如果 SetpointLimi
7、t_L=TRUE，则说明已达到设定值的绝对下限 (Setpoint Config.SetpointLowerLimit)。此设定值将限制为 Config.SetpointLowerLimit 。InputWarning_HBOOLFALSE如果 InputWarning_H=TRUE，则说明过程值已达到或超出警告上限。InputWarning_LBOOLFALSE如果 InputWarning_L=TRUE，则说明过程值已经达到或低于警告下限。StateINT0State参数显示了 PID 控制器的当前工作模式。 可使用输入参数 Mode 和 ModeActivate 处的上升沿更改工作模式。
8、 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=5：带错误监视的替代输出值ErrorBOOLFALSE如果 Error=TRUE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。ErrorBitsDWORD DW#16#0ErrorBits参数显示了处于未决状态的错误消息。通过 Reset 或 ErrorAck 的上升沿来保持并复位 ErrorBits。Parameter 数据类型 默认值 说明ModeINT4在 Mode 上，指定 PID_Compact 将转换到的工作模式。 选项包括：Mode = 0：未激活Mod
9、e = 1：预调节Mode = 2：精确调节Mode = 3：自动模式Mode = 4：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 的下降沿如果 RunModeByStartup=TRUE，则冷启动 CPU。保持 Mode。有关工作模式的详细说明，请参见模式 V2 的参数状态。PID_Compact指令的模式：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
10、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。PID_Compact指令的模式：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： 成功地完成了首次启动自调节和运行中自调节的任务； 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
11、中了“手动”复选框。组态基本参数：添加添加“PID_Compact”指令到循环中断中，然后选择指令属性组态的“基本设置”设置相应参数设置相应参数。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。PID_3Step 指令： PID_3Step用于组态具有自调节功能的 PID控制器，这样的控制器已针对通过电机控制的阀门和执行器进行过优化。它提供两个布尔型输出。 PID_3Step是具有抗积分饱和功能且对 P 分量和D 分量加权的 PID T1 控制器。参数 数据类型默认值说明SetpointREAL0.0PI
12、D 控制器在自动模式下的设定值InputREAL0.0用户程序的变量用作过程值的源。 如果正在使用 Input 参数，则必须设置 Config.InputPerOn=FALSE。Input_PERINT0模拟量输入用作过程值的源。如果正在使用 Input_PER 参数，则必须设置 Config.InputPerOn=TRUE。Actuator_HBOOLFALSE阀门处于上端停止位时的数字位置反馈如果 Actuator_H=TRUE，表明阀门处于上端停止位，并且不再向此方向移动。Actuator_LBOOLFALSE阀门处于下端停止位时的数字位置反馈 如果 Actuator_L=TRUE，表明
13、阀门处于下端停止位，并且不再向此方向移动。FeedbackREAL0.0阀门的位置反馈如果正在使用 Feedback 参数，则必须设置 Config.FeedbackPerOn=FALSE。Feedback_PERINT0阀门的模拟位置反馈如果正在使用 Feedback_PER 参数，则必须设置 Config.FeedbackPerOn=TRUE。根据以下变量标定 Feedback_PER：Config.FeedbackScaling.LowerPointInConfig.FeedbackScaling.UpperPointInConfig.FeedbackScaling.LowerPoint
14、OutConfig.FeedbackScaling.UpperPointOutDisturbanceREAL0.0扰动变量或预控制值ManualEnable BOOLFALSE出现 FALSE-TRUE 沿时会激活“手动模式”，而 State = 4 和 Mode 保持不变。只要 ManualEnable = TRUE，便无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。出现 TRUE-FALSE 沿时会激活由 Mode 指定的工作模式。建议只使用 ModeActivate 更改工作模式。ManualValue REAL0.0在在手动模式手动模式下指定阀门的下指定阀门
15、的绝对位置绝对位置。只有在使用。只有在使用 Output_PER，或位置反馈，或位置反馈可用时，才对可用时，才对 ManualValue 进行评估。进行评估。Manual_UPBOOLFALSEManual_UP = TRUE即使正在使用 Output_PER 或位置反馈，阀门也打开。 如果已达到上端停止位，则阀门将不再移动。 另参见 Config.VirtualActuatorLimitManual_UP = FALSE如果正在使用 Output_PER 或位置反馈，则阀门移至 ManualValue。 否则阀门不再移动。如果 Manual_UP 和 Manual_DN 同时设置为 TRUE
16、，则阀门不移动。Manual_DNBOOLFALSEManual_DN = TRUE即使正在使用 Output_PER 或位置反馈，阀门也关闭。 如果已达到下端停止位，则阀门将不再移动。 另参见 Config.VirtualActuatorLimitManual_DN = FALSE如果正在使用 Output_PER 或位置反馈，则阀门移至 ManualValue。 否则阀门不再移动。ErrorAckBOOLFALSEFALSE - TRUE 沿 将复位 ErrorBits 和 Warning。ResetBOOLFALSE重新启动控制器。FALSE - TRUE 沿切换到“未激活”模式将复位
17、ErrorBits 和 Warning。积分作用已清除（保留 PID 参数）只要 Reset=TRUE，PID_3Step 便会保持在“未激活”模式下 (State=0)TRUE - FALSE 沿PID_3Step 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。ModeActivate BOOLFALSEFALSE - TRUE 沿PID_3Step 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。参数数据类型默认值 说明ScaledInputREAL0.0标定的过程值 ScaledFeedbackREAL0.0标定的位置反馈对于没有位置反馈的执行器，由 ScaledFeedback 指示的执行器
18、位置非常不精确。这种情况下，ScaledFeedback 只可用于粗略估计当前位置。Output_UPBOOLFALSE用于打开阀门的数字量输出值如果 Config.OutputPerOn=FALSE，则使用参数 Output_UP。Output_DNBOOLFALSE用于关闭阀门的数字量输出值如果 Config.OutputPerOn=FALSE，则使用参数 Output_DN。Output_PERINT0模拟量输出值如果 Config.OutputPerOn=TRUE，则使用 Output_PER。SetpointLimit_HBOOLFALSE如果 SetpointLimit_H=TRU
19、E，则说明达到了设定值的绝对上限 (SetpointConfig.SetpointUpperLimit)。此设定值将限制为 Config.SetpointUpperLimit 。SetpointLimit_LBOOLFALSE如果 SetpointLimit_L=TRUE，则说明已达到设定值的绝对下限 (Setpoint Config.SetpointLowerLimit)。此设定值将限制为 Config.SetpointLowerLimit 。InputWarning_H BOOLFALSE 如果 InputWarning_H=TRUE，则说明过程值已达到或超出警告上限。InputWarni
20、ng_L BOOLFALSE 如果 InputWarning_L=TRUE，则说明过程值已经达到或低于警告下限。StateINT0State参数显示了 PID 控制器的当前工作模式。 可使用输入参数 Mode 和 ModeActivate 处的上升沿更改工作模式。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=5：逼近替代输出值State=6：转换时间测量State=7：错误监视State=8：在监视错误的同时逼近替代输出值State=10：无停止位信号的手动模式ErrorBOOLFALSE 如果 Error=TR
21、UE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。ErrorBitsDWORDDW#16#0ErrorBits参数显示了处于未决状态的错误消息。通过 Reset 或 ErrorAck 的上升沿来保持并复位 ErrorBits。参数数据类型 默认值 说明ModeINT4在模式参数中，指定 PID_3Step 将要切换到的工作模式。 选项包括：Mode = 0：未激活Mode = 1：预调节Mode = 2：精确调节Mode = 3：自动模式Mode = 4：手动模式Mode = 6：转换时间测量Mode = 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Res
22、et 的下降沿ManualEnable 的下降沿如果 RunModeByStartup=TRUE，则冷启动 CPU。保持 Mode。首次启动预调节：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；6)设定值与实际值的差值大于50%。精细调节： 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)
23、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。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”，激活调试窗口的功能；4)点击左下角的 ，将当前激活的PID参数上载到项目。通过手动设置控制器的输出值来测试过程。操作步骤：1)选中“当前值”区的“手动”复选框，控制器输出与控制变量之间的连接被断开，闭环控制最后的控制输出变量作为手动的控制器输出变量；2)在“Output”域输入以%为单位的希望的控制器输出变量的值；3)点
24、击“Output”域右边出现的按钮，控制器的输出变量被写入CPU，并被立即激活。PID控制器连续地监视实际值，如果实际值超过限制，将在“状态”域显示出来，控制器将进入未激活模式。调节方法调节方法 PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一，PID适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。 PID参数自整定控制仪可选择外给定（或阀位）控制功能。可取代伺服放大 器直接驱动执行机构（如阀门等）。PID外给定（或阀位）控制仪可自动跟随外部给定值（或阀位反馈值）进行控制输出（模拟量控制输出或继电器正转、反转控 制输出）。可实
25、现自动/手动无扰动切换。手动切换至自动时，采用逼近法计算，以实现手动/自动的平稳切换。PID外给定（或阀位）控制仪可同时显示测量信 号及阀位反馈信号。 PID光柱显示控制仪集数字仪表与模拟仪表于一体，可对测量值及控制目标值进行数字量显示（双LED数码显示），并同时对测量值及控制目标值进行相对模拟量显示（双光柱显示），显示方式为双LED数码显示+双光柱模拟量显示，使测量值的显示更为清晰直观。 PID参数自整定控制仪可随意改变仪表的输入信号类型。采用最新无跳线技术，只需设定仪表内部参数，即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号。 PID参数自整定控制仪可选择带有一路模拟量控制输出（或开关量控制输
26、出、继电器和可控硅正转、反转控制）及一路模拟量变送输出，可适用于各种测量控制场合。 PID参数自整定控制仪支持多机通讯，具有多种标准串行双向通讯功能，可 选择多种通讯方式，如RS-232、RS-485、RS-422等，通讯波特率3009600bps仪表内部参数自由设定。可与各种带串行输入输出的设 备（如电脑、可编程控制器、PLC等）进行通讯，构成管理系统。参数整定参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。 PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定 法。它主要是依据系统的数学模型
27、，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整 定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。 PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减 法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行 中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。 利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
