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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(huán)控制，能夠抑制系統(tǒng)閉環(huán)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(tǒng)中實現，隨著離散控制理論的發(fā)展，PID也在計算機化控制系統(tǒng)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(tǒng)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(zhí)行PID功能塊，按照PID運算規(guī)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(qū)中的開辟，長度為36字節(jié)。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(jié)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(jié)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(tǒng)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(wěn)定，是否能夠抑制閉環(huán)中的各種擾動而回復穩(wěn)定。

要衡量PID參數是否合適，必須能夠連續(xù)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(xù)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(xù)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(jiān)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(jié)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(jié)。 

PID參數的取值，以及它們之間的配合，對PID控制是否穩(wěn)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(wěn)態(tài)誤差，當比例作用過大時，系統(tǒng)的穩(wěn)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(wěn)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(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(jié)器工作。
• 比例調節(jié)
  提高響應速度，減少誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當比例作用過大時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。 (由小到大單獨調節(jié)）
  
• 積分調節(jié)
  消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)的動態(tài)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(wěn)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(jié)
  超前調節(jié)，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(tǒng)的響應速度和穩(wěn)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(huán)節(jié)。
  

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