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1、S7-200SMART中PID使用、调试方法和步骤01 PID回路控制概述PID控制器是应用最广泛的闭环控制器，它根据给定值与被控实测值之间的偏差；按照 PID算法计算出控制器的输出量，控制执行机构进行调节，使被控量跟随给定量变化，并使系 统达到稳定：口动消除各种干扰对控制过程的影响。其中PID分别表示比例、积分和微分。温度、压力、流量、 液舵功率、电流等J1 I实测值PID控制器PID尊法被控变量,控制对象碱1r*执仃树可 . PID闭环控制原理框图S7-200 SMART中PID功能实现方式有以下三种：PID指令块：通过一个PID回路表交换数据，只接受0.0 - 1.0之间的实数（实际上就
2、是百分 比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值。PID向导：方便地完成输入/输出信号转换/标准化处理。PID指令同时会被口动调用。根据PID算法自己编程$ 4 MX+枳分项=IQ * en二比例项Mn输出S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID指令功能块），根据PID算法 口己编程没有具体数目的限制，但是我们需要考虑PLC的存储空间以及扫描周期等影响。PID控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所弓I起的扰动，使反馈跟随给定变 化。PID控制算法有儿个关键的参数Kc （ Gain,增益）Ti （积分时间常数），Td（微分时间常数）Ts （采样时间）
3、在S7-200 SMART中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID 功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例一积分一微分数据，计算出控制量。由f PID可以控制温度、压力等等许多对象，它们各口都是由工程量表示，因此有一种通用的数 据表示方法才能被PID功能块识别。S7-200 SMART中的PID功能使用占调节范围的白分比的方法抽象地表示被控对象的数值大小。 在实际工程中，这个调节范围往往被认为与被控对象（反馈）的测量范围（量程）一致。PID功能块只接受0.0-1.0之间的实数（实际上是0%-100% ）作为反馈、给定与控制输出的有效 数值，如果
4、是直接使用PID功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。其他如增 益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数。因此，必须把外围实际的物理量与PID功能块需 要的（或者输出的）数据之间进行转换。这就是所谓输入/输出的转换与标准化处理。02PID主要参数采样时间：CPU必须按照一定的时间间隔对反馈进行采样，才能进行PID控制的计算C采样时 间就是对反馈进行采样的间隔。短于采样时间间隔的信号变化是不能测量到的。过短的采样时 间没有必要，过长的采样间隔显然不能满足扰动变化比较快、或者速度响应要求高的场合。增益（Gain,放大系数，比例常数）增益与偏差（给定与反馈的差值）的乘积作为控制器输出中
5、的比例部分。提高响应速度,减少误 差，但不能消除稳态误差，当比例作用过大时，系统的稳定性下降。积分时间：偏差值恒定时，积分时间决定了控制器输出的变化速率。积分时间越短，偏差得到的修正越 快。过短的积分时间有可能造成不稳定。积分时间的长度相当于在阶跃给定下，增益为T的时 候，输出的变化量与偏差值相等所需要的时间，也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时 间。如果将积分时间设为最大值，则相当于没有积分作用。微分时间：偏差值发生改变时，微分作用将增加一个尖峰到输出中，随着时间流逝减小。微分时间越长， 输出的变化越大。微分使控制对扰动的敏感度增加，也就是偏差的变化率越大，微分控制作用 越强。微分相当于对
6、反馈变化趋势的预测性调整。如果将微分时间设置为0就不起作用，控制 器将作为PI调节器工作。比例调节：提高响应速度，减少误差，但不能消除稳态误差，当比例作用过大时，系统的稳定性下降。（由小到大单独调节）积分调节：消除稳态误差，使系统的动态响应变慢，积分时间越小，积分作用越大，偏差得到的修正越 快，过短的积分时间有可能造成不稳定。（将调好的比例增益调整到50%80%后，由大到小 减小积分时间）微分调节：超前调节，能预测误差变化的趋势，提前抑制误差的控制作用，从而避免了被控量的严重超 调。可以改善系统的响应速度和稳定性，对噪声干扰有放大作用，对具有滞后性质的被控对 象，应加入微分环节。03PID向导
7、4 ms a广Lk Jr ?厂 IHi4r* tw。ww，r* ptn a.心 671、在Micro/WIN SMART中的工具菜单中选择PID向导3、S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID指令功能块）6、增益：即比例常数积分时间：如果不想要积分作用可以将该值设置很大（比如10000.0）微分时间：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0采样时间：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔EMUgag世上 N，: fw 3n*a网：屈39凹各逡定彳足：0.0 100.0农示0% 10OTUK1417II10138、单极性：0-27648双极性-27
8、648到27648温度X10。是PT100的热电阻或热电偶的温度值C表示摄氏度。F表示华氏度选用20%偏移: 如果输入为4-20mA则选此项，4mA是0 20mA信号的20%，所以选 20%偏移，即4mA对应5530, 20mA对应2764811、输出类型：可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量给定的设备，如比例阀、变频器等数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器 （加热棒等）12、范围：为单极时，缺省值为0到27648为双极时，取值-27648到27648为20%偏移量时，取值5530 - 27648，不可改变14、反馈值下限
9、的10%时报警15、反馈值高于上限的90%时报警16、模拟量模块错谋报警EM0就是第一个扩展模块的位置18 可以选择添加PID手动控制模式20、PID功能块使用了一个120个字节的V区地址来进行控制回路的运算工作；并IL PID向导 生成的输入/输出量的标准化程序也需耍运算数据存储区。要保证该地址起始的若干字节在程序 的其它地方没有被重复使用。24、向导完成生成的子程序25.向导生成的数据块数据块的地址需要组态断电保持W* f*J b i fdJ宿砂二 25?3WxHJ 卜 d3 .M J. F3 力律 f3 -104PID指令Always On:SMO.OI I11伺砂PIDO_2 : VD
10、10924 45VDOEN 1PIDO.CTPLOutputPV_ISetpoiA HighAPAuto 2 LowAPManuaA ModurACWIG6 cpu_Aiio:co.o7 C : RJ_输出 1 G0.1 CPU输出 2G0.2q2.采集值K使能位一定要用SM0.03、设定值4、手自动切换为1时，执行PID运算5、手自动选择的输出范围为01.06、模拟量输出7、上限报警8、下限报警9、模块错误报警05程序编写利用PID向导编写程序、使温度保持在给定值，并对PID参数进行整定。笛号AkiayjOn地址5 M00注W怡终潦iiPIDD 冈VD10920标准化过程芟里输出可根庖际辎出
11、烟!谆择数宁里或桓狱虽输出占空比VDO1柔集实际溜犀AIW16绐歪值VD4黑块错尿吕蚩002|_|7|=1+口 苟攵Q00浜除嵋区祠土于自动切VD8诙M100IJMil_Q0106下我并调试下载操作在这不做阐述。K调试说明：（1）比例增益：提高调节速度，减小误差，但不能消除稳态误差:参考方法可由小到大单独调 节（2）积分作用：消除稳态误差，使系统的动态相应的变慢，积分过大会影响系统的稳定性。调节参考方法：将调节好的比例系数调整到50%-80% :由大到小，增加积分影响（3）微分作用：超前控制，减少调节时间，对干扰有放大作用调节方法参考：由小到大单独调节，并相应调整比例和积分，追求调节偏差的变化
12、率(4) PID调节方法：先将积分和微分关闭，先调比例，在比例差不多时加上积分，一般情 况，比例值越大输出结果越快；积分越大，输出结果越慢；微分在调节温控时使用，一般情况 可不用2. 可通过状态图表监控并修改给定值.手自动状态、PWM输出设置等。但也可通过PID控制面板进行调试，如下图所示:PID回路号IOOXW-IW%flwoo-it run, A LT1 20aoxn-1口g给定值.程值及境 出值的PID趋如国m 9r实用于初给定值.刃程位 及偷出值冏节参数，包括使 能自整定If1自整定迅程状态逆：I75A |w5o | gooa:E卅给-WE, y采执佝H计 Mfi4TS :-咖mA料整
13、定参数设克mow 秒：l joAS 师3 IIa 1弼1W .6、在口动模式下，单击“启动按钮，启动口整定，口整定完成后，单击“更新按钮,可把 参数写进CPU中7、单击选项可进入口整定参数设置（如下图）濡后值规定了允许过系旱值偏离设定值的最大（正负）范围选中复选杠，自整定将自动计算濡 后值和偏差值07PID常见问趣偏差值决定了允许过程彳直褊离 彳I吉IW审伯 II曰 * * rTi 11 I|L=11I设定初始博出步就足输出雯化的第步娈化昂以占花!谕出卒程的白 分比表示过程变蚩血须在此时的（时基为左打内达到或穿腰设定值根据回路过杀殳（【艺；的婪:求可选择不同的响应类型K PID向导生成的程序为
14、何不执行？确保用SM0.0无条件调用PIDO_CTRL库在程序的其它部分不要再使用SMB34定时中断，也不耍对SMB34赋值确认当前匚作状态：手动还是口动2、如何实现PID反作用调节？在有些控制中需要PID反作用调节。例如：在夏天控制空调制冷时，若反馈温度（过程值）低于 设定温度，需要关阀，减小输出控制（减少冷水流量等）这就是PID反作用调节（在印。正作用 中若过程值小于设定值，则需耍增大输出控制） 若想实现PID反作用调节，需要把PID回路的增益设为负数。对于增益为0的积分或微分控制 来说，如果指定积分时间.微分时间为负值，则是反作用回路。3、如何根据工艺要求有选择地投入PID功能？可使用手
15、动/口动“切换的功能。PID向导生成的PID功能块需要保证每个扫描周期都调用，所 以在主程序内使用SMO.0调用。4、PID控制不稳定怎么办？如何调试PID?闭环系统的调试，首先应当做开环测试。所谓开环，就是在PID调节器不投入工作的时候，观察：（1）反馈通道的信号是否稳定（2 ）输出通道是否动作正富可以试着给出一些比较保守的叫。参数，比如放大倍数（增益）不要太大，可以小丁积分时间 不要太短，以免引起振荡。在这个基础上，可以直接投入运行观察反馈的波形变化。给出一个 阶跃给定，观察系统的响应是最好的方法。如果反馈达到给定值之后，历经多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应该考虑是否增益过大、 积分时间
16、过短：如果反馈迟迟不能跟随给定，上升速度很慢，应该考虑是否增益过小、积分时 间过长.PI D参数的调试是一个综合的、互相影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非 常重要的步骤。5、没有采用积分控制时，为何反馈达不到给定？因为积分控制的作用在丁-消除纯比例调节系统固有的静差。没有积分控制的比例控制系统 中，没有偏差就没有输出量，没有输出就不能维持反馈值与给定值相等。所以永远不能做到没 有偏差。6. S7-200 SMART控制变频器，在变频器也有PID控制功能时，应当使用谁的PID功能？可 以根据具体情况使用。一般来说，如果需耍控制的变量直接与变频器直接有关，比如变频水泵 控制水压等，可以优先考
17、虑使用变频器的PID功能。7、指令块与向导使用的PID回路号是否可以重复？不可以重复，使用PID向导时，对应回路的指令块也会调用，所以指令块与向导使用的PID回 路号不能重复，否则会产生预想不到的结果。8、同一个程序里既使用PID指令块又使用向导，PID数目怎样计算？使用PID向导时，对应回路的指令块也会调用，所以PID指令块与向导一共支持8个。9、PID指令块可以在主程序/子程序里调用吗？可以，但是不推荐，主程序/子程序的循环时间每个周期都可能不同，不能保证精确的采样，建 议用定时中断，例如SMB34/SMB35O10. SMB34定时最大255ms,如果采样时间是IS怎样实现？采样时间是1S,要求PID指令块每隔1S调用一次。可以先做一个250ms的定时中断,然后编程 累加判断每4次中断执行一次PID指令即可。IK PID指令块怎样实现手动调节？可以简单地使用“调用/不调用指令的方式控制口动/手动模式。不调用PID指令时，可以手动 给输出地址0-00之间的实数。
