S7-1200-PLC的PID工艺功能

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5.1 模拟量闭环控制系统——PID控制的优点
不需要被控对象的数学模型 结构简单，容易实现 有较强的灵活性和适应性 使用方便
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5.2 PID控制器的数字化
e(n)
sp(n)
+ pv(n)
PID 调节器
M(n)
D/A
M(t)
执行 机构
被控 对象
测量 元件
c(t)
A/D
n
pv(t)
变送 器
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。
M n K C en ( K I e j M initial ) K D (en en 1 )
j 1
M n KC en ( K I en MX ) K D (en en 1 )
PLC周期性地执行PID控制程序，执行的周期称为采用周期Ts。
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5.3 PID_Compact指令
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。
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5.3 PID_Compact指令——调用PID_Compact指令 1/2
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。
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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
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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。
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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。
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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；
第5章
S7-1200 PLC的PID工艺功能
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5.1 模拟量闭环控制系统——组成
sp(t)
e(t)
调节器
M(t)
执行机构
被控对象
c(t)
+ pv(t)
测量变送
1 de(t ) M (t ) K c e(t ) e(t )dt TD M initial TI dt
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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。
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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。
“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)。
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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。
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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。
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5.3 PID_Compact指令——PID_Compact指令的模式 1/2
ManualEnable Bool
ManualValue Reset Real Bool
上升沿选择手动模式，下降沿选 择最近激活的操作模式
手动模式的PID输出变量
FALSE
0.0
重新启动控制器，1进入未激活模 式，控制器输出变量为0，临时值 FALSE 被复位，PID参数保持不变
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5.3 PID_Compact指令——PID指令的输出变量
InputWarning_H Bool
1时设定值的绝对值达到或超过上限 1时设定值的绝对值达到或低于下限
1时实际值达到或超过报警上限
FALSE FALSE
FALSE
InputWarning_L Bool State
Error
1时实际值达到或低于报警下限
FALSE
Int
DWord
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、16#0000 自动、手动模式 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
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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。
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5.4 用调试窗口整定PID控制器——基本操作
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 1. 用下拉式列表 设置采样时间
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。
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5.4 用调试窗口整定PID控制器——显示模式

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。
在调试窗口选中了“手动”复选框。
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5.3 PID_Compact指令——组态基本参数 1/2
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。
选中反作用控制器， 用来保证负反馈

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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
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。
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。
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。
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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：
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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.