朝陽(yáng)SIEMENS西門(mén)子S7-1500PLC模塊代理商

潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司 上海詩(shī)慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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PID 指令本身有一個(gè)“能流歷史狀態(tài)位”，以記錄指令的狀態(tài)切換。在 EN 端從“0”變?yōu)?rdquo;“1”時(shí)，PID 指令認(rèn)為這是從“手動(dòng)”模式向“自動(dòng)”模式切換。PID 指令此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一系列動(dòng)作，以配合無(wú)擾動(dòng)切換：

• 使設(shè)定值（ SPn） = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置上次采樣過(guò)程變量（PVn-1） = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置積分偏差和（或所謂積分前項(xiàng)）（Mx） = 當(dāng)前輸出值（Mn）

使設(shè)定值等于當(dāng)前反饋值可以避免出現(xiàn)偏差，使之不存在調(diào)整的要求；當(dāng)然如果有工藝要求，也可以后續(xù)調(diào)整設(shè)定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續(xù)的操作中不改變輸出的值。

在編程時(shí)要注意：

• 從自動(dòng)模式向手動(dòng)模式切換時(shí)，PID 指令的 EN 端不再有能流，計(jì)算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時(shí)如果需要操作人員人工觀察控制的結(jié)果，手動(dòng)控制輸出量，就可以通過(guò)用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲(chǔ)單元內(nèi)容（見(jiàn)數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)手冊(cè)的相關(guān)部分內(nèi)容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)化換算。
• 為保證從手動(dòng)模式向自動(dòng)模式的切換無(wú)擾動(dòng)，需要在手動(dòng)控制時(shí)，或在切換過(guò)程中，禁止對(duì) PID 回路表中設(shè)定值的更新，以便切換時(shí) PID 指令用當(dāng)前過(guò)程反饋值替代設(shè)定值。切換完成后，操作人員可以調(diào)整設(shè)定值。

2.使用 PID 向?qū)Ь幊虝r(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

使用 PID 指令向?qū)Ь幊虝r(shí)，指令向?qū)?huì)自動(dòng)調(diào)用 PID 指令，并且編寫(xiě)外圍的控制變量標(biāo)準(zhǔn)化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向?qū)r(shí)，需要在用戶程序中用 SM0.0 調(diào)用指令向?qū)傻淖映绦颍ㄈ?PIDx_INIT 子程序）。PID 向?qū)Э梢陨蓭ё詣?dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序，這個(gè)子程序使用一個(gè)數(shù)字量點(diǎn)為“1”、“0”的狀態(tài)來(lái)控制是否投入 PID 自動(dòng)控制。

到目前為止（STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5），使用 PID 向?qū)傻淖映绦驎r(shí)，由于用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無(wú)擾切換能力因?yàn)楦袅送鈿ぷ映绦?，所以受到了局限。如果?duì)無(wú)擾切換要求比較嚴(yán)格，需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控制子程序。

圖 4.1.1. PID 向?qū)傻闹噶?/p>

圖中：

1. 過(guò)程反饋量
2. 設(shè)定值，實(shí)數(shù)
3. 自動(dòng)/手動(dòng)控制，“1”=自動(dòng)，“0”=手動(dòng)
4. 手動(dòng)控制輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)
5. PID 控制輸出值

要實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，必須：

• 在從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值（VD2004）等于當(dāng)前的實(shí)際控制輸出值；
• 在從手動(dòng)向自動(dòng)切換使，使設(shè)定值相當(dāng)于當(dāng)前的過(guò)程反饋值。

為此，可編寫(xiě)類(lèi)似下圖所示的程序，放在 PID 控制子程序之前：

4.1.2. 無(wú)擾切換處理程序

圖中：

程序較大是查找具體地址有困難。西門(mén)子南京辦事處的經(jīng)理約翰·拉貝（John Rabe）在日軍占領(lǐng)南京后，向南京人民提供了大量人道主義援助。有些輸出點(diǎn)要比其他點(diǎn)更快些。但要注意是因?yàn)樗鼈兛梢杂糜诟咚佥敵龉δ堋?/p>

要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。在功能參數(shù)中參數(shù)修改選項(xiàng)設(shè)置為禁止時(shí)，則除該參數(shù)及給定頻率或給定參量外，其余所有參數(shù)均無(wú)法修改。PLC系統(tǒng)包括中央處理器，主機(jī)箱，擴(kuò)展機(jī)箱，I/O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備。輔助脫扣器：可使用欠壓脫扣器和分勵(lì)脫扣器。輸出繼電器Q0.0的常閉觸點(diǎn)閉合，即計(jì)數(shù)器復(fù)位端為計(jì)數(shù)器不工作，當(dāng)PLC外部輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)使輸入繼電器I0.0閉合后，輸出繼電器Q0.0線圈得電，其常閉觸點(diǎn)Q0.0斷開(kāi)。初始狀態(tài)下計(jì)數(shù)器復(fù)位端信號(hào)為計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作該程序中可以看到電氣接通聯(lián)鎖：此功能用于電氣聯(lián)鎖兩個(gè)或多個(gè)斷路器（接通閉鎖），電氣接通閉鎖可防止通過(guò)連續(xù)信號(hào)接通斷路器但是它們必須和Q0.2-Q0.4一起成組輸出相同的電壓。

1. 自動(dòng)/手動(dòng)切換控制點(diǎn)
2. 從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值等于實(shí)際當(dāng)前值
3. 從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，把當(dāng)前反饋量換算為相應(yīng)的給定值

上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫(kù)中的子程序。這是為了解決過(guò)程反饋與設(shè)定值之間的換算問(wèn)題。用戶也可以自己編程換算，或者根據(jù)反饋與給定的取值范圍決定是否需要換算。

此段程序適用于 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 及以前版本，僅供參考，如果在實(shí)際項(xiàng)目中使用，上述程序未必一定適用。用戶需要根據(jù)實(shí)際工藝決定自己的編程思路。

4.2. PID調(diào)節(jié)步驟簡(jiǎn)介

建議PID參數(shù)調(diào)節(jié)步驟：

（1）前提條件：反饋信號(hào)是否穩(wěn)定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常以及控制器的正反作用。（確保PID在自動(dòng)模式下）

（2）積分時(shí)間設(shè)置為無(wú)窮大INF（或9999.9），此時(shí)積分作用近似為0；將微分時(shí)間設(shè)置為0.0，此時(shí)微分作用為0 。然后開(kāi)始調(diào)節(jié)比例作用，逐步增大比例增益

（3）當(dāng)過(guò)程變量達(dá)到給定值且在給定值上下波動(dòng)，將調(diào)好的比例系數(shù)調(diào)整到50%~80%后，由大到小減小積分時(shí)間，直到過(guò)程值與設(shè)定值相等或無(wú)限接近

PID調(diào)節(jié)有很多種方法，以上僅是建議步驟，也并未考慮微分作用，客戶依據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)可以參考反饋與給定的曲線圖

用戶經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：嘗試了很多組PID參數(shù)，都無(wú)法滿足控制器的要求， 此時(shí)需要考慮PID的采樣時(shí)間是否適合當(dāng)前系統(tǒng)。采樣時(shí)間就是對(duì)反饋進(jìn)行采樣的間隔。短于采樣時(shí)間間隔的信號(hào)變化是不能測(cè)量到的。采樣時(shí)間過(guò)短，兩次實(shí)測(cè)值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運(yùn)算負(fù)擔(dān)；采樣間隔過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)引起有用信號(hào)的丟失，使系統(tǒng)品質(zhì)變差，不能滿足擾動(dòng)變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場(chǎng)合。除此以外，也有可能是系統(tǒng)自身的問(wèn)題，無(wú)法調(diào)節(jié)到穩(wěn)定，例如， 不規(guī)律的干擾，或者反饋信號(hào)不穩(wěn)定。

4.3. 手動(dòng)調(diào)節(jié)PID至穩(wěn)定問(wèn)題與解決方法：

1. PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)變化。

產(chǎn)生原因：增益（Gain）值太高
PID掃描時(shí)間（sample time）太長(zhǎng)（對(duì)于快速響應(yīng)PID的回路）

解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時(shí)間

2. 過(guò)程變量超過(guò)設(shè)定值很多（超調(diào)很大）

產(chǎn)生原因：積分時(shí)間（Integral time)可能太高。

解決方法：降低積分時(shí)間 3. 得到一個(gè)非常不穩(wěn)定的PID。

• 如果用了微分，可能是微分參數(shù)有問(wèn)題
• 沒(méi)有微分，可能是增益（Gain）值太高

解決方法：

• 調(diào)整微分參數(shù)到0－1的范圍內(nèi)
• 根據(jù)回路調(diào)節(jié)特性將增益值降低，低可從0.x 開(kāi)始逐漸增大往上調(diào)，直到獲得穩(wěn)定的PID。

如何獲取一組合適的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速并穩(wěn)定的PID控制？

PID調(diào)節(jié)過(guò)程中，用戶通常需要做多次的參數(shù)調(diào)節(jié)才能獲得的控制效果。從下面反饋（過(guò)程變量）與給定之間的曲線圖中，可以看到黃色曲線較理想。用戶可以將調(diào)節(jié)的PID反饋與給定曲線與下圖中對(duì)比，并修改相關(guān)參數(shù)（但是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)情況不一樣，用戶還需具體問(wèn)題具體對(duì)待，下圖中的建議僅供參考：

圖 4.3.4 反饋與給定曲線

1.超調(diào)過(guò)大，減小比例，增大積分時(shí)間

2.迅速變化，存在小超調(diào)

3.實(shí)際值緩慢接近設(shè)定值，并且無(wú)超調(diào)的達(dá)到設(shè)定值

4.增益系數(shù)太小和/或微分時(shí)間太長(zhǎng)

5.益系數(shù)太小和/或積分時(shí)間太長(zhǎng)

常見(jiàn)問(wèn)題

沒(méi)有采用積分控制時(shí)，為何反饋達(dá)不到給定？

這是必然的。因?yàn)榉e分控制的作用在于消除純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有的“靜差”。沒(méi)有積分控制的比例控制系統(tǒng)中，沒(méi)有偏差就沒(méi)有輸出量，沒(méi)有輸出就不能維持反饋值與給定值相等。所以永遠(yuǎn)不能做到?jīng)]有偏差。

對(duì)于某個(gè)具體的PID控制項(xiàng)目，是否可能事先得知比較合適的參數(shù)？有沒(méi)有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)？

雖然有理論上計(jì)算PID參數(shù)的方法，但由于閉環(huán)調(diào)節(jié)的影響因素很多而不能全部在數(shù)學(xué)上地描述，計(jì)算出的數(shù)值往往沒(méi)有什么實(shí)際意義。因此，除了實(shí)際調(diào)試獲得參數(shù)外，沒(méi)有什么可用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值存在。甚至對(duì)于兩套看似一樣的系統(tǒng)，都可能通過(guò)實(shí)際調(diào)試得到*不同的參數(shù)值。

PID控制不穩(wěn)定怎么辦？如何調(diào)試PID？

閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試，首先應(yīng)當(dāng)做開(kāi)環(huán)測(cè)試。所謂開(kāi)環(huán)，就是在PID調(diào)節(jié)器不投入工作的時(shí)候，觀察：

• 反饋通道的信號(hào)是否穩(wěn)定
• 輸出通道是否動(dòng)作正常

可以試著給出一些比較保守的PID參數(shù)，比如放大倍數(shù)（增益）不要太大，可以小于1，積分時(shí)間不要太短，以免引起振蕩。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以直接投入運(yùn)行觀察反饋的波形變化。給出一個(gè)階躍給定，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)是的方法。

如果反饋達(dá)到給定值之后，歷經(jīng)多次振蕩才能穩(wěn)定或者根本不穩(wěn)定，應(yīng)該考慮是否增益過(guò)大、積分時(shí)間過(guò)短；如果反饋遲遲不能跟隨給定，上升速度很慢，應(yīng)該考慮是否增益過(guò)小、積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)……

總之，PID參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)綜合的、互相影響的過(guò)程，實(shí)際調(diào)試過(guò)程中的多次嘗試是非常重要的步驟，也是必須的。