一、 PID回路控制概述

PID控制器是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器，它根據(jù)給定值與被控實測值之間的偏差；按照PID算法計算出控制器的輸出量，控制執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，使被控量跟隨給定量變化，并使系統(tǒng)達到穩(wěn)定；自動消除各種干擾對控制過程的影響。其中PID分別表示比例、積分和微分

S7-200 SMART中PID功能實現(xiàn)方式有以下三種：

PID指令塊：通過一個PID回路表交換數(shù)據(jù)，只接受0.0 - 1.0之間的實數(shù)（實際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效數(shù)值。

PID向?qū)В悍奖愕赝瓿奢斎?輸出信號轉(zhuǎn)換/標(biāo)準(zhǔn)化處理。PID指令同時會被自動調(diào)用。

根據(jù)PID算法自己編程

S7-200 SMART CPU最多可以支持8個PID控制回路（8個PID指令功能塊）,根據(jù)PID算法自己編程沒有具體數(shù)目的限制，但是我們需要考慮PLC的存儲空間以及掃描周期等影響。

PID控制是負(fù)反饋閉環(huán)控制，能夠抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定變化。

PID控制算法有幾個關(guān)鍵的參數(shù)Kc（Gain，增益）Ti（積分時間常數(shù)），Td（微分時間常數(shù)）Ts（采樣時間）

在S7-200 SMART中PID功能是通過PID指令功能塊實現(xiàn)。通過定時（按照采樣時間）執(zhí)行PID功能塊，按照PID運算規(guī)律，根據(jù)當(dāng)時的給定、反饋、比例－積分－微分?jǐn)?shù)據(jù)，計算出控制量

由于PID可以控制溫度、壓力等等許多對象，它們各自都是由工程量表示，因此有一種通用的數(shù)據(jù)表示方法才能被PID功能塊識別。

S7-200 SMART中的PID功能使用占調(diào)節(jié)范圍的百分比的方法抽象地表示被控對象的數(shù)值大小。在實際工程中，這個調(diào)節(jié)范圍往往被認(rèn)為與被控對象（反饋）的測量范圍（量程）一致。

PID功能塊只接受0.0 - 1.0之間的實數(shù)（實際上是0%--100%）作為反饋、給定與控制輸出的有效數(shù)值，如果是直接使用PID功能塊編程，必須保證數(shù)據(jù)在這個范圍之內(nèi)，否則會出錯。其他如增益、采樣時間、積分時間、微分時間都是實數(shù)。因此，必須把外圍實際的物理量與PID功能塊需要的（或者輸出的）數(shù)據(jù)之間進行轉(zhuǎn)換。這就是所謂輸入/輸出的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化處理

二、PID主要參數(shù)

采樣時間：CPU必須按照一定的時間間隔對反饋進行采樣，才能進行PID控制的計算。采樣時間就是對反饋進行采樣的間隔。短于采樣時間間隔的信號變化是不能測量到的。過短的采樣時間沒有必要，過長的采樣間隔顯然不能滿足擾動變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場合。

增益（Gain，放大系數(shù)，比例常數(shù)）

增益與偏差（給定與反饋的差值）的乘積作為控制器輸出中的比例部分。提高響應(yīng)速度，減少誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)比例作用過大時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。

積分時間:偏差值恒定時，積分時間決定了控制器輸出的變化速率。積分時間越短，偏差得到的修正越快。過短的積分時間有可能造成不穩(wěn)定。

積分時間的長度相當(dāng)于在階躍給定下，增益為“1”的時候，輸出的變化量與偏差值相等所需要的時間，也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時間。

如果將積分時間設(shè)為最大值，則相當(dāng)于沒有積分作用。

微分時間:偏差值發(fā)生改變時，微分作用將增加一個尖峰到輸出中，隨著時間流逝減小。微分時間越長，輸出的變化越大。微分使控制對擾動的敏感度增加，也就是偏差的變化率越大，微分控制作用越強。微分相當(dāng)于對反饋變化趨勢的預(yù)測性調(diào)整。

如果將微分時間設(shè)置為0就不起作用，控制器將作為PI調(diào)節(jié)器工作。

比例調(diào)節(jié) :提高響應(yīng)速度，減少誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)比例作用過大時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。(由小到大單獨調(diào)節(jié)）

積分調(diào)節(jié):消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變慢，積分時間越小，積分作用越大 ，偏差得到的修正越快，過短的積分時間有可能造成不穩(wěn)定。（將調(diào)好的比例增益調(diào)整到50%~80%后，由大到小減小積分時間）

微分調(diào)節(jié):超前調(diào)節(jié)，能預(yù)測誤差變化的趨勢，提前抑制誤差的控制作用，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)?？梢愿纳葡到y(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，對噪聲干擾有放大作用，對具有滯后性質(zhì)的被控對象，應(yīng)加入微分環(huán)節(jié)。

三、PID向?qū)?/p>

1、在Micro/WIN SMART中的工具菜單中選擇PID向?qū)?/p>

3、S7-200 SMART CPU最多可以支持8個PID控制回路（8個PID指令功能塊）

6、增益：即比例常數(shù)

積分時間：如果不想要積分作用可以將該值設(shè)置很大（比如10000.0）

微分時間：如果不想要微分回路，可以把微分時間設(shè)為0

采樣時間：是PID控制回路對反饋采樣和重新計算輸出值的時間間隔

8、單極性：0-27648

雙極性-27648到27648

溫度x10°是PT100的熱電阻或熱電偶 的溫度值 °C表示攝氏度 °F表示華氏度

選用20%偏移：如果輸入為4－20mA則選此項，4mA是0－20mA信號的20%，所以選20% 偏移，即4mA對應(yīng)5530，20mA對應(yīng)27648

11、輸出類型：可以選擇模擬量輸出或數(shù)字量輸出。

模擬量輸出用來控制一些需要模擬量給定的設(shè)備，如比例閥、變頻器等

數(shù)字量輸出實際上是控制輸出點的通、斷狀態(tài)按照一定的占空比變化，可以控制固態(tài)繼電器（加熱棒等）

12、范圍：

為單極時，缺省值為 0 到 27648

為雙極時，取值-27648 到27648

為20%偏移量時，取值5530 - 27648 ，不可改變

14、反饋值下限的10%時報警

15、反饋值高于上限的90%時報警

16、模擬量模塊錯誤報警 ?！癊M0”就是第一個擴展模塊的位置

18、可以選擇添加PID 手動控制模式

20、PID功能塊使用了一個120個字節(jié)的V區(qū)地址來進行控制回路的運算工作；并且PID向?qū)傻妮斎?輸出量的標(biāo)準(zhǔn)化程序也需要運算數(shù)據(jù)存儲區(qū)。要保證該地址起始的若干字節(jié)在程序的其它地方?jīng)]有被重復(fù)使用。

24、向?qū)瓿缮傻淖映绦?/p>

25、向?qū)傻臄?shù)據(jù)塊

數(shù)據(jù)塊的地址需要組態(tài)斷電保持

四、PID指令