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西門子PLC-PID視頻-PID的實現方式及數目

PID的實現方式及數目

1.S7-200 SMART中PID功能實現方式有以下三種：

2.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PID算法自己編程沒有具體數目的限制，但是需要考慮PLC的存儲空間以及掃描周期等影響。

PID控制是負反饋閉環控制，能夠抑制系統閉環內的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定變化。

根據具體項目的控制要求，在實際應用中有可能用到其中的一部分，比如常用的是PI（比例－積分）控制，這時沒有微分控制部分。

PID指令使用的相關視頻教程鏈接如下：

PID算法在S7-200 SMART中的實現

PID控制最初在模擬量控制系統中實現，隨著離散控制理論的發展，PID也在計算機化控制系統中實現。

為便于實現，S7-200 SMART中的PID控制采用了迭代算法。詳細的計算方法請參考《S7-200 SMART系統手冊》中PID指令部分的相關內容。

計算機化的PID控制算法有幾個關鍵的參數K_c（Gain，增益），T_i（積分時間常數），T_d（微分時間常數），T_s（采樣時間）。

在S7-200 SMART中PID功能是通過PID指令功能塊實現。通過定時（按照采樣時間）執行PID功能塊，按照PID運算規律，根據當時的給定、反饋、比例－積分－微分數據，計算出控制量。

PID功能塊通過一個PID回路表交換數據，這個表是在V數據存儲區中的開辟，長度為36字節。因此每個PID功能塊在調用時需要指定兩個要素：PID控制回路號，以及控制回路表的起始地址（以VB表示）。

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據表示方法才能被PID功能塊識別。S7-200 SMART中的PID功能使用占調節范圍的百分比的方法抽象地表示被控對象的數值大小。在實際工程中，這個調節范圍往往被認為與被控對象（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（實際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效數值，如果是直接使用PID功能塊編程，必須保證數據在這個范圍之內，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。

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）數據之間進行轉換。這就是所謂輸入/輸出的轉換與標準化處理。《S7-200 SMART系統手冊》上有詳細的介紹。

 S7-200 SMART的編程軟件Micro/WIN SMART提供了PID指令向導，以方便地完成這些轉換/標準化處理。除此之外，PID指令也同時會被自動調用。

調試PID控制器

PID控制的效果就是看反饋（也就是控制對象）是否跟隨設定值（給定），是否響應快速、穩定，是否能夠抑制閉環中的各種擾動而回復穩定。

要衡量PID參數是否合適，必須能夠連續觀察反饋對于給定變化的響應曲線；而實際上PID的參數也是通過觀察反饋波形而調試的。因此，沒有能夠觀察反饋的連續變化波形曲線的有效手段，就談不上調試PID參數。

觀察反饋量的連續波形，可以使用帶慢掃描記憶功能的示波器（如數字示波器），波形記錄儀，或者在PC機上做的趨勢曲線監控畫面等。

 新版編程軟件STEP 7-Micro/WIN SMART內置了一個PID調試控制面板工具，具有圖形化的給定、反饋、調節器輸出波形顯示，可以用于手動調試PID參數。對于沒有“自整定PID”功能的老版CPU，也能實現PID手動調節。 

PID參數的取值，以及它們之間的配合，對PID控制是否穩定具有重要的意義。這些主要參數是：

• 采樣時間：
  計算機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、或者速度響應要求高的場合。

   編程時指定的PID控制器采樣時間必須與實際的采樣時間一致。S7-200 SMART中PID的采樣時間精度用定時中斷（PID向導用SMB34）來保證。

• 增益（Gain，放大系數，比例常數）
  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。提高響應速度，減少誤差，但不能消除穩態誤差，當比例作用過大時，系統的穩定性下降。
  
• 積分時間（Integral Time）
  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定。
  積分時間的長度相當于在階躍給定下，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。
  如果將積分時間設為最大值，則相當于沒有積分作用。
  
• 微分時間（Derivative Time）
  偏差值發生改變時，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。微分相當于對反饋變化趨勢的預測性調整。
  如果將微分時間設置為0就不起作用，控制器將作為PI調節器工作。
• 比例調節
  提高響應速度，減少誤差，但不能消除穩態誤差，當比例作用過大時，系統的穩定性下降。 (由小到大單獨調節）
  
• 積分調節
  消除穩態誤差，使系統的動態響應變慢，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定。（將調好的比例增益調整到50%~80%后，由大到小減小積分時間）
  
• 微分調節
  超前調節，能預測誤差變化的趨勢，提前抑制誤差的控制作用，從而避免了被控量的嚴重超調。可以改善系統的響應速度和穩定性，對噪聲干擾有放大作用，對具有滯后性質的被控對象，應加入微分環節。
  

參考鏈接

用PID指令向導進行PID編程
 PID自整定與PID調試面板
PID 的自動/手動切換
PID常見問題