浅谈西门子PLC的PID参数整定

浅谈西门子PLC的PID参数整定
作者：李鑫
来源：《科技视界》 2014年第14期
李鑫
（三门核电有限公司，浙江三门 317112）
【摘要】PID控制是目前应用最广泛的工业控制器，它可以快速准确的对压力、温度、
流量、液位等工艺参数的进行自动化监控。

同时PLC可直接与工业以太网相连，利用网络来实
现远程自动监控功能。

西门子PLC利用其闭环控制模块FB41进行PID调整，来实现PID控制。

本文简要介绍了西门子PLC的PID参数整定方法，以及在三门核电AP1000项目中辅助蒸汽供应系统自动控制方面的工程应用实践。

【关键词】西门子PLC；PID；STEP7
０引言
在工程实际应用中，PID控制以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便且不需精确
的系统模型等优势，成为最为广泛的调节器控制规律之一。

西门子PLC控制系统以其诸多优点
已在工业控制领域得到广泛的应用，可以利用它的PID控制功能，很方便的实现对压力、温度、流量、液位等工艺参数的进行自动化监控。

本文简要介绍了西门子PLC的PID参数整定方法，
在工程实践中有广泛的应用价值。

当被控对象或参数不能完全掌握、或得不到精确的数学模型时、控制理论的其他技术难以
采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术是
最为方便的。

总的来说，当用户不完全了解一个系统和被控对象，或不能采用有效的测量手段
来获取系统参数时，最适合采用PID控制技术。

1 PID控制原理
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

根据系统的误差，利
用PID参数计算出控制量进行控制的。

那么PID控制的输入e(t）与输出u(t）的关系为：
u(t)=Kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]
式中积分的上下限分别是0和t，计算得到其传递函数为：
G(s)=U(s)/E(s)=Kp[1+1/(TI*s)+TD*s]
其中Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。

（1）比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生减小偏差的控制作用。

（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。

（3）微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

2 PID控制的参数整定
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，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能直接使用，还必须通过工程实际进行调整。

二是，经验整定方法。

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、立竿见影，在工程实际中被广泛采用。

在西门子PLC控制程序设计中，只需理解PID的算法模型即可。

STEP7的较高版本在标准软件库中提供专门的FB41/FB42/FB43标准PID功能块，用户只需要根据工艺控制要求，设定好相应PID控制参数即可，即CYCLE、GAIN、TI、TD等。

以三门核电AP1000机组的辅助蒸汽供应系统（以下简称ASS）控制PLC的FB41应用为例来重点介绍PID调节。

在 SIMATIC S7可编程控制器上，FB41用于带有连续I/O变量的工艺控制过程。

FB41的输入/输出参数很多，但是实际应用中根据控制要求，需要真正设定的参数实际上并不多，在ASS 系统内的FB41调用参数主要包括：
输入：COM_RST（重置值初始为0）、MAN_ON（手自动方式）、CYCLE（采样周期1s）、MAN （手动设定值）、SP_INT（压力设定值）、PV_IN（压力值反馈）、DEADB_W（死区设定：
0.00e）、GAIN（增益2.0）、采用的调节方式（P_SEL、I_SEL、D_SEL默认为PI）、TI（积分时间20s）、TD（微分时间10s）、调节值上下限设定（LMN_HLM50、LMN_LLM19.5）等等。

输出：LMN（调节值0，地址72.0）等等
利用STEP7自带的PID控制参数赋值工具进行调试和参数设定STEP7，具体使用如下：
（1）在线监测PID调节曲线时，可以选择在线的数据块。

确认此数据块已正确下载到PLC 中，并且计算机与PLC连接正常，在如图2界面中设置参数。

（2）点击Settings按钮，打开图3所示界面，进行曲线设置。

在如图4界面中观察PID曲线的特性。

通过点击启动/停止按钮来监控PID曲线，通过根据控制要求更改参数设置值，直到达到满意的控制效果。

3 结语
PID控制的参数整定是PID控制程序设计的核心内容。

它是根据被控过程的特性确定PID 控制的比例系数、积分时间和微分时间的大小。

对于工程整定方法，一般需要调试人员具备一定的工程实际经验，需要耐心的进行反复的调试，才能达到满意的控制效果。

【参考文献】
［１］廖常初.S7-400H PLC应用技术[M].3版.北京：机械工业出版社,2011.
［2］廖常初,祖正容.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社,2009.
［责任编辑：汤静］。