西門(mén)子S7-1200PLC模塊天津代理價(jià)格

西門(mén)子S7-200 PLC的PID指令編程舉例

    某一水箱里的水以變化的速度流出，一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)的水泵給水箱打水，以保證水箱的水位維持在滿水位的75%。過(guò)程變量由浮在水面上的水位測(cè)量?jī)x提供，PID控制器的輸出值作為變頻器的速度給定值。過(guò)程變量與回路輸出均為單極性模擬量，取值范圍為0.0～1.0。

    本例采用PI控制器，給定值為0.75，選取控制器參數(shù)的初值為：Kc= 0.25，Ts=0.1s，TI= 30min?？刂瞥绦蛉缦拢?/span>

    由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中PID控制得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，大多數(shù)PLC都有專門(mén)用于PID控制的指令。PLC實(shí)現(xiàn)PID控制的方法有多種，直接應(yīng)用PID指令來(lái)實(shí)現(xiàn)基于PLC的PID控制器，是一種易于實(shí)現(xiàn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。

    本例針對(duì)PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)中PID控制器的實(shí)現(xiàn)，介紹了PID數(shù)字控制器的原理、實(shí)現(xiàn)方法和編程實(shí)例。需要指出的是，PID控制算法具有很強(qiáng)的靈活性，根據(jù)被控對(duì)象特點(diǎn)的不同，可以使用PI控制、PD控制、PID控制等多種方式，從而達(dá)到更好的控制效果。在PLC PID數(shù)字控制器的程序設(shè)計(jì)中，也應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)，保持PID控制算法的靈活性。

    隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID控制與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力。
  S7-200的PID指令如圖9.13所示。

    圖9.13    PID指令

    指令中TBL是回路表的起始地址，LOOP是回路編號(hào)。編譯時(shí)如果指令的回路表起始地址或回路號(hào)超出范圍，CPU將生成編譯錯(cuò)誤（范圍錯(cuò)誤），引起編譯失敗。PID指令對(duì)回路表中的某些輸入值不進(jìn)行范圍檢查，應(yīng)保證過(guò)程變量、給定值等不超限。回路表見(jiàn)表9.3。

    過(guò)程變量與給定值是PID運(yùn)算的輸入值，在回路表中它們只能被PID指令讀取而不能改寫(xiě)。每次完成PID運(yùn)算后，都要更新回路表內(nèi)的輸出值%，它被限制在0.0～1.0之間。

    如果PID指令中的算術(shù)運(yùn)算發(fā)生錯(cuò)誤，特殊存儲(chǔ)器位SM1.1（溢出或非法數(shù)值）被置1，并將終止PID指令的執(zhí)行。要想消除這種錯(cuò)誤，在下一次執(zhí)行PID運(yùn)算之前，應(yīng)改變引起運(yùn)算錯(cuò)誤的輸入值，而不是更新輸出值。
PID控制有兩個(gè)輸入量：給定值(sp)和過(guò)程變量(pv)。給定值通常是固定的值，如加熱爐溫度的給定值。過(guò)程變量是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到的被控量的實(shí)測(cè)值，如加熱爐溫度的測(cè)量值。給定值與過(guò)程變量都是與被控對(duì)象有關(guān)的值，對(duì)于不同的系統(tǒng)，它們的大小、范圍與工程單位有很大的區(qū)別。應(yīng)用PLC的PID指令對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)（實(shí)數(shù)）。

    同樣，對(duì)于PID指令的輸出，在將其送給D/A轉(zhuǎn)換器之前，也需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

    (1)回路輸入的轉(zhuǎn)換。

    轉(zhuǎn)換的*步是將給定值或A/D轉(zhuǎn)換后得到的整數(shù)值由16位整數(shù)轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)，可以用下面的程序?qū)崿F(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。

    轉(zhuǎn)換的下一步是將實(shí)數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成0.0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)，可用下面的公式對(duì)給定值及過(guò)程變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

      (9-8)

式中，RNorm-標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值；

    RRaw-標(biāo)準(zhǔn)化前的值；

    Offset -偏移量，對(duì)單極性變量為0.0，對(duì)雙極性變量為0.5;

    Span -取值范圍，等于變量的大值減去小值，單極性變量的典型值為32000，雙極性變量的典型值為64000。

    下面的程序?qū)⑸鲜龅霓D(zhuǎn)換后得到的AC0中的雙極性實(shí)數(shù)（其Span=64000）轉(zhuǎn)換成0.0～1.0之間的實(shí)數(shù)。

    (2)回路輸出的轉(zhuǎn)換

    回路輸出即PID控制器的輸出，它是標(biāo)準(zhǔn)化的0.0～1.0之間的實(shí)數(shù)。將回路輸出送給D/A轉(zhuǎn)換器之前，必須轉(zhuǎn)換成16位二進(jìn)制整數(shù)。這一過(guò)程是將pv與sp轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值的逆過(guò)程。

    用下面的公式將回路輸出轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)：

     (9-9)

式中，RScal是回路輸出對(duì)應(yīng)的實(shí)數(shù)值，Mn是回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值。

    下面的程序用來(lái)將回路輸出轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的實(shí)數(shù)。

    用下面的指令將代表回路輸出的實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)。

  PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化，寫(xiě)成離散形式的PID控制方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。

    在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖9.11所示。圖中sp(t)是給定值，pv(t)為反饋量，c(t)為系統(tǒng)的輸出量，PID控制器的輸入輸出關(guān)系式為：
 （9-6）

式中，M(t) -控制器的輸出，M0為輸出的初始值。

    e(t)= sp(t) - pv(t) -誤差信號(hào)。

    Kc -比例系數(shù)。

    TI-積分時(shí)間常數(shù)。

    TD-微分時(shí)間常數(shù)。

    圖9.11    連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖

    式9-5中等號(hào)右邊前3項(xiàng)分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差的積分和微分成正比。如果取其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以組成P、PD或PI控制器。

    假設(shè)采樣周期為Ts，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)刻為t=0，用矩形積分來(lái)近似精確積分，用差分近似精確微分，將式9-5離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出為：

      (9-7)

式中，en-1-第n-1次采樣時(shí)的誤差值。

    KI-積分系數(shù)。

    KD-微分系數(shù)。

    基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖9.12所示，圖中虛線部分在PLC內(nèi)。圖中的spn、pvn、en、Mn分別為模擬量sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)在第n次采樣時(shí)的數(shù)字量。

    在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類型。例如，可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過(guò)設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路控制類型進(jìn)行選擇。

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