s7200plc在模拟量闭环控制中的应用.ppt

6.4 S7-200PLC的PID控制及其应用 6.4.1 PID功能 S7-200 CPU提供了8个回路的PID功能，用以实现需要按照PID控制规律进行自动调节的控制任务，比如温度、压力和流量控制等。PID运算的任务就是根据反馈与给定的相对差值，按照PID运算规律计算出结果，输出到固态开关元件（控制加热棒），或者变频器（驱动水泵）等执行机构进行调节，以达到自动维持被控制的量跟随给定变化的目的。 图6-13 PID指令盒 1.PID指令 S7-200中PID功能的核心是PID指令。PID指令需要为其指定一个以V变量存储区地址开始的PID回路表(TBL)，以及PID回路号(LOOP)。PID回路表提供了给定和反馈，以及PID参数等数据入口，PID运算的结果也在回路表输出。 PID指令（又称为PID回路指令）的梯形图指令盒的形式如图6-13所示。使能输入有效时，该指令利用回路表中的输入信息和组态信息，进行PID运算。梯形图的指令盒中有2个数据输入端：TBL，回路表的起始地址，是由VB指定的字节型数据；LOOP，回路号，是0～7的常数。 STL指令格式：PID TBL, LOOP 在程序中最多可以用8条PID指令。如果两个或两个以上的PID指令用了同一个回路号，那么即使这些指令的回路表不同，这些PID运算之间也会相互干涉，产生不可预料的结果。 2.PID回路表 回路表由80个字节组成，它的格式如表6-1所示。 回路表包含9个参数，用来控制和监视PID运算。这些参数分别是过程变量当前值（PVn），过程变量前值（PVn-1），给定值（SPn），输出值（Mn），增益（Kc），采样时间（Ts），积分时间（TI），微分时间（TD）和积分项前值（MX）。 保留给PID自整定的变量设置用 T+36至 T+79 最近一次PID运算的过程变量值 输入/输出 双字-实数 过程变量前值(PVn-1) T+32 积分项前项，必须在0.0～1.0之间 输入/输出 双字-实数 积分项前项(MX) T+28 单位为分钟，必须是正数 输入 双字-实数 微分时间(D参数)(TD) T+24 单位为分钟，必须是正数 输入 双字-实数 积分时间(I参数)(TI) T+20 单位为秒，必须是正数 输入 双字-实数 采样时间(TS) T+16 增益是比例常数，可正可负 输入 双字-实数 增益(P参数)(KC) T+12 输出值，必须在0.0～1.0之间 输入/输出 双字-实数 输出值(Mn) T+8 给定值，必须在0.0～1.0之间 输入 双字-实数 设定值(给定)(SPn) T+4 过程变量，必须在0.0～1.0之间 输入 双字-实数 过程变量(反馈)(PVn） T+0 描 述 类 型 格 式 域(参数名） 偏移地址 为了让PID运算以预想的采样频率工作，PID指令必须用在定时发生的中断程序中，或者用在主程序中被定时器所控制以一定频率执行。采样时间必须通过回路表输入到PID运算中。 表6-1 PID回路表 过程变量和给定值是PID运算的输入值，因此回路表中的这些变量只能被PID指令读而不能被改写。 输出变量是由PID运算产生的，所以在每一次PID运算完成之后，需更新回路表中的输出值，输出值被限定在0.0～1.0之间。当输出由手动转变为PID（自动）控制时，回路表中的输出值可以用来初始化输出值。 回路表中的给定值与过程变量的差值（e）是用于PID运算中的差分运算，用户最好不要去修改此值。 3.回路控制类型的选择 在许多控制系统中，只需要一种或两种回路控制类型。例如只需要比例回路或者比例积分回路。通过设置常量参数，可以选择需要的回路控制类型。 如果不想要积分动作（PID计算中没有“I”），可以把积分时间（复位）置为无穷大“INF”。即使没有积分作用，积分项还是不为零，因为有初值MX。 如果不想要微分回路，可以把微分时间置为零。 如果不想要比例回路，但需要积分或积分微分回路，可以把增益设为0.0，系统会在计算积分项和微分项时，把增益当作1.0看待。 4.回路输入的转换和标准化 每个PID回路有两个输入量，给定值（SP）和过程变量（PV）。给定值通常是一个固定值，比如设定的汽车速度。过程变量是与PID回路输出有关，可以衡量输出对控制系统作用的大小。在汽车速度控制系统的实例中，过程变量应该是测量轮胎转速的测速计输入。 给定值和过程变量都可能是现实世界的值，它们的大小、范围和工程单位都可能不一样。在PID指令对这些现实世界的值进行运算之前，必须把它们转换成标准的浮点型表达形式。 转换的第一步是把16位整数值转成浮点型实数值。下面的指令序列提供了实现