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1、1,第 5 章S7-1200 PLC的PID工艺功能,2,5.1 模拟量闭环控制系统组成,3,5.1 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。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)。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。,
2、4,5.1 模拟量闭环控制系统负反馈,闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控，被控量会往单一方向增大或减小，给系统的安全带来极大的威胁。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。,5,5.1 模拟量闭环控制系统P
3、ID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,6,5.2 PID控制器的数字化,PLC周期性地执行PID控制程序，执行的周期称为采用周期Ts。,7,5.3 PID_Compact指令,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。,8,5.3 PID_Compact指令生成一
4、个新项目 1/2,添加一个PLC设备，将硬件目录中的AO信号板托到CPU中，设置其输出为10V电压：,9,5.3 PID_Compact指令生成一个新项目 2/2,集成的模拟量输入的0号通道的量程为默认的010V：,10,5.3 PID_Compact指令生成循环中断组织块,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。,11,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
5、认的背景数据块的名称改为PID_DB。,5.3 PID_Compact指令调用PID_Compact指令 1/2,12,5.3 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。,13,5.3 PID_Compact指令PID_Compact指令的模式 1/2,1)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
6、试窗口的“停止测量”按钮，PID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。,14,5.3 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：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
7、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。,15,5.3 PID_Compact指令组态基本参数 1/2,选中反作用控制器，用来保证负反馈,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。,16,5.3 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,“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)。,17,5.3 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)
8、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。,18,5.3 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.,19,5.3 PID_C
9、ompact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。,20,5.3 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。,21,5.3 PID_Compact指令组态高级设置-PID参数,22,5.3 PID_Compact指令用PID指令设置参数,可以在PID指令上直接输入指令的参数，未设置(采用默认值)的参数为灰色。,点击指
10、令框下面向下的箭头，将显示更多的参数；点击向上的箭头，将不显示指令中灰色的参数；点击某个参数的实参，可以直接输入地址或常数。,23,5.3 PID_Compact指令PID指令的输入变量,24,5.3 PID_Compact指令PID指令的输出变量,25,5.4 用调试窗口整定PID控制器调试窗口,26,5.4 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。,27,5.4 用调试窗口整定PID控制器基本操作,1.用下拉式列表
11、设置采样时间,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,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。,28,5.4 用调试窗口整定PID控制器显示模式,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
12、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。,29,5.4 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,30,5.4 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
13、在趋势区的最左边，水平的标尺在趋势区的最上面。将鼠标放在趋势区的最左边，光标变为人手的形状，按住鼠标左键，可以左右拖动垂直标尺。标尺与3条曲线的交点处的垂直坐标出现在交点附件标尺的右边。标尺与趋势区下边缘的交点处出现标尺所在处的时间值。可以用鼠标拖放出多根垂直标尺到趋势区，最后拖放的标尺是活动的，用深色表示。其余的标尺是不活动的，用灰色显示。点击不活动标尺，可以将它变为活动的标尺。按住ALT后点击标尺，可以消除它。,31,5.4 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
14、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；5)设定值与实际值的差值大于50%。,32,5.4 用调试窗口整定PID控制器首次启动自调节 2/2,操作步骤如下：1)用单选框选中调试窗口的“优化”区的“首次启动自调节”；2)点击“首次启动自调节”，启动自调节，“状态”域显示当前的步骤和可能出现的错误，“进度”域显示当前步骤的进展。,如果自调节没有出错，PID的参数被优化，将PID控制器切换到自动模式，使用优化的参数。上电和重新启动CPU时，优化的参数被保持。,33,5.4 用调试窗口整定PID控制器运行中自调节,该模式要求的条件
15、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)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。,34,5.4 用调试窗口整定PID控制器保存优化的PID参数,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。,35,5.4 用调试窗口整定PID控制器手动模式,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。,
