01、PID控製知識講解

S7-200 SMART能夠進行PID控製。S7-200 SMART CPU最多可以支持8個(ge) PID控製回路（8個(ge) PID指令功能塊）
PID是閉環控製係統的（比例－積分－微分）
PID控製器根據設定值（給定）與(yu) 被控對象的實際值（反饋）的差值，按照PID算法計算出控製器的輸出量，控製執行機構去影響被控對象的變化。
PID控製是負反饋閉環控製，能夠抑製係統閉環內(nei) 的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定變化。
根據具體(ti) 項目的控製要求，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）控製，這時沒有微分控製部分。
PID算法在S7-200 SMART中的實現PID控製最初在模擬量控製係統中實現，隨著離散控製理論的發展，PID也在計算機化控製係統中實現。

02、PID向導組態設置

Micro/WIN SMART提供了PID Wizard（PID指令向導），可以幫助用戶方便地生成一個(ge) 閉環控製過程的PID算法。此向導可以完成絕大多數PID運算的自動編程，用戶隻需在主程序中調用PID向導生成的子程序，就可以完成PID控製任務。
PID向導既可以生成模擬量輸出PID控製算法，也支持開關(guan) 量輸出；既支持連續自動調節，也支持手動參與(yu) 控製。建議用戶使用此向導對PID編程，以避免不必要的錯誤。
PID向導編程組態步驟：1.在Micro/WIN SMART中的工具菜單中選擇PID向導：
 

圖1. 在工具欄中選擇PID向導

 
圖2.在項目樹中打開'向導'文件夾，然後雙擊'PID'，或選擇'PID'並按回車鍵。

定義(yi) 需要配置的PID回路號
 

圖3.在此對話框中選擇要組態的回路? 

 

圖4.最多可組態 8 個(ge) 回路。在此對話框上選擇回路時，PID 向導左側(ce) 的樹視圖隨組態該回路所需的所有節點一起更新。

2.為(wei) 回路組態命名
圖5.可為(wei) 回路組態自定義(yi) 名稱。此部分的默認名稱是'回路 x'，其中'x'等於(yu) 回路編號
 
3.設定PID回路參數
圖6.設置PID參數中定義(yi) 了PID回路參數，這些參數都應當是實數：
 
增益：即比例常數，默認值=1.00。
1積分時間：如果不想要積分作用可以將該值設置很大（比如10000.0），默認值=10.00。
2微分時間：如果不想要微分回路，可以把微分時間設為(wei) 0 ，默認值=0.00。
3采樣時間：是PID控製回路對反饋采樣和重新計算輸出值的時間間隔,，默認值=1.00。在向導完成後，若想要修改此數，則必須返回向導中修改，不可在程序中或狀態表中修改。
注意：關(guan) 於(yu) 具體(ti) 的PID參數值，每一個(ge) 項目都不一樣，需要現場調試來定，沒有所謂經驗參數。
4.設定回路過程變量
圖7. 設定PID輸入過程變量

 
指定回路過程變量 (PV) 如何標定。可以從(cong) 以下選項中選擇：1.單極性:即輸入的信號為(wei) 正，如0－10V或0－20mA等2.雙極性：輸入信號在從(cong) 負到正的範圍內(nei) 變化。如輸入信號為(wei) ±10V、±5V等時選用3.選用20%偏移：如果輸入為(wei) 4－20mA則選單極性及此項，4mA是0－20mA信號的20%，所以選20% 偏移，即4mA對應5530，20mA對應27648。4.溫度 x 10 °C5溫度 x 10 °F
反饋輸入取值範圍1在a.設置為(wei) 單極時，缺省值為(wei) 0 - 27648，對應輸入量程範圍0 - 10V或0 - 20mA等，輸入信號為(wei) 正2在a.設置為(wei) 雙極時，缺省的取值為(wei) -27648 - +27648，對應的輸入範圍根據量程不同可以是±10V、±5V等3在a.選中20% 偏移量時，取值範圍為(wei) 5530 - 27648，不可改變在'標定'(Scaling) 參數中，指定回路設定值 (SP) 如何標定。默認值是 0.0 和 100.0 之間的一個(ge) 實數。此反饋輸入也可以是工程單位數值，參見：設置給定－反饋的量程範圍。
5.設定輸入回路輸出選項
圖8. 設定PID輸出選項

 
1輸出類型可以選擇模擬量輸出或數字量輸出。模擬量輸出用來控製一些需要模擬量給定的設備，如比例閥、變頻器等；數字量輸出實際上是控製輸出點的通、斷狀態按照一定的占空比變化，可以控製固態繼電器（加熱棒等）
選擇模擬量則需設定回路輸出變量值的範圍，可以選擇：1. 單極：單極性輸出，可為(wei) 0－10V或0－20mA等2. 雙極：雙極性輸出，可為(wei) 正負10V或正負5V等3. 單極20% 偏移量：如果選中20% 偏移，使輸出為(wei) 4 - 20mA4. 取值範圍：0. c為(wei) 單極時，缺省值為(wei) 0 到 276480. c為(wei) 雙極時，取值-27648 到276480. c為(wei) 20%偏移量時，取值5530 - 27648 ，不可改變如果選擇了開關(guan) 量輸出，需要設定此循環周期
圖9. 設定PID輸出為(wei) 數字量
 
6.設定回路報警選項
圖10. 設定回路報警限幅值

 
向導提供了三個(ge) 輸出來反映過程值(PV)的低值報警、高值報警及過程值模擬量模塊錯誤狀態。當報警條件滿足時，輸出置位為(wei) 1。這些功能在選中了相應的選擇框之後起作用。
1. 使能低值報警並設定過程值(PV)報警的低值，此值為(wei) 過程值的百分數，缺省值為(wei) 0.10，即報警的低值為(wei) 過程值的10％。此值最低可設為(wei) 0.01，即滿量程的1%2. 使能高值報警並設定過程值(PV)報警的高值，此值為(wei) 過程值的百分數，缺省值為(wei) 0.90，即報警的高值為(wei) 過程值的90％。此值最高可設為(wei) 1.00，即滿量程的100%3. 使能過程值(PV)模擬量模塊錯誤報警並設定模塊於(yu) CPU連接時所處的模塊位置。'EM0'就是第一個(ge) 擴展模塊的位置
7.定義(yi) 向導所生成的PID初始化子程序和中斷程序名及手/自動模式
圖11. 指定子程序、中斷服務程序名和選擇手動控製

 
向導已經為(wei) 初始化子程序和中斷子程序定義(yi) 了缺省名，你也可以修改成自己起的名字。
1. 指定PID初始化子程序的名字。
2. 指定PID中斷子程序的名字注意：
1. 如果你的項目中已經存在一個(ge) PID配置，則中斷程序名為(wei) 隻讀，不可更改。因為(wei) 一個(ge) 項目中所有PID共用一個(ge) 中斷程序，它的名字不會(hui) 被任何新的PID所更改。2. PID向導中斷用的是SMB34定時中斷，在用戶使用了PID向導後，注意在其它編程時不要再用此中斷，也不要向SMB34中寫(xie) 入新的數值，否則PID將停止工作。3. 此處可以選擇添加PID 手動控製模式。在PID手動控製模式下，回路輸出由手動輸出設定控製，此時需要寫(xie) 入手動控製輸出參數一個(ge) 0.0－1.0的實數，代表輸出的0％－100％而不是直接去改變輸出值。PID控製的自動/手動之間的無擾動切換
8.指定PID運算數據存儲(chu) 區
圖12. 分配運算數據存儲(chu) 區

 
PID指令（功能塊）使用了一個(ge) 120個(ge) 字節的V區參數表來進行控製回路的運算工作；除此之外，PID向導生成的輸入/輸出量的標準化程序也需要運算數據存儲(chu) 區。需要為(wei) 它們(men) 定義(yi) 一個(ge) 起始地址，要保證該地址起始的若幹字節在程序的其它地方沒有被重複使用。如果點擊'建議'，則向導將自動為(wei) 你設定當前程序中沒有用過的V區地址。
自動分配的地址隻是在執行PID向導時編譯檢測到空閑地址。向導將自動為(wei) 該參數表分配符號名，用戶不要再自己為(wei) 這些參數分配符號名，否則將導致PID控製不執行。
9.生成PID子程序、中斷程序及符號表等
一旦點擊完成按鈕，將在你的項目中生成上述PID子程序、中斷程序及符號表等。 
圖13. 生成PID子程序、中斷程序和符號表等
 
10.配置完PID向導，需要在程序中調用向導生成的PID子程序程
 
圖14. PID子程序
 

 

調用PID子程序
在用戶程序中調用PID子程序時，可在指令樹的程序塊中用鼠標雙擊由向導生成的PID子程序，在局部變量表中，可以看到有關(guan) 形式參數的解釋和取值範圍。
1. 必須用SM0.0來使能 PIDx_CTRL 子程序，SM0.0 後不能串聯任何其他條件，而且也不能有越過它的跳轉；如果在子程序中調用 PIDx_CTRL 子程序，則調用它的子程序也必須僅(jin) 使用 SM0.0 調用，以保證它的正常運行2. 此處輸入過程值（反饋）的模擬量輸入地址3. 此處輸入設定值變量地址（VDxx），或者直接輸入設定值常數，根據向導中的設定0.0－100.0，此處應輸入一個(ge) 0.0－100.0的實數，例：若輸入20，即為(wei) 過程值的20％，假設過程值AIW0是量程為(wei) 0－200度的溫度值，則此處的設定值20代表40度（即200度的20％）；如果在向導中設定給定範圍為(wei) 0.0 - 200.0，則此處的20相當於(yu) 20度
4. 此處用I0.0控製PID的手/自動方式，當I0.0為(wei) 1時，為(wei) 自動，經過PID運算從(cong) AQW0輸出；當I0.0為(wei) 0時，PID將停止計算，AQW0輸出為(wei) ManualOutput（VD4）中的設定值，此時不要另外編程或直接給AQW0賦值。若在向導中沒有選擇PID手動功能，則此項不會(hui) 出現
5. 定義(yi) PID手動狀態下的輸出，從(cong) AQW0輸出一個(ge) 滿值範圍內(nei) 對應此值的輸出量。此處可輸入手動設定值的變量地址（VDxx），或直接輸入數。數值範圍為(wei) 0.0-1.0之間的一個(ge) 實數，代表輸出範圍的百分比。例：如輸入0.5，則設定為(wei) 輸出的50％。若在向導中沒有選擇PID手動功能，則此項不會(hui) 出現
6. 此處鍵入控製量的輸出地址7. 當高報警條件滿足時，相應的輸出置位為(wei) 1，若在向導中沒有使能高報警功能，則此項將不會(hui) 出現8. 當低報警條件滿足時，相應的輸出置位為(wei) 1，若在向導中沒有使能低報警功能，則此項將不會(hui) 出現9. 當模塊出錯時，相應的輸出置位為(wei) 1，若在向導中沒有使能模塊錯誤報警功能，則此項將不會(hui) 出現調用PID子程序時，不用考慮中斷程序。子程序會(hui) 自動初始化相關(guan) 的定時中斷處理事項，然後中斷程序會(hui) 自動執行。
11.實際運行並調試PID參數
沒有一個(ge) PID項目的參數不需要修改而能直接運行，因此需要在實際運行時調試PID參數。
查看數據塊以及符號表相應的PID符號標簽的內(nei) 容，可以找到包括PID核心指令所用的控製回路表，包括比例係數、積分時間等等。將此表的地址複製到狀態表中，可以在監控模式下在線修改PID參數，而不必停機再次做配置。
參數調試合適後，用戶可以在數據塊中寫(xie) 入，也可以再做一次向導，或者編程向相應的數據區傳(chuan) 送參數。

03PID組態設置中常問問題

做完PID向導後，如何知道向導中設定值，過程值及PID等參數所用的地址？
做完PID向導後可在符號表中，查看PID向導所生成的符號表(上例中為(wei) PID0_SYM)，可看到各參數所用的詳細地址，及數值範圍。在數據塊中，查看PID指令回路表的相關(guan) 參數。如圖所示：
1. 做完PID向導後，如何在調試中修改PID參數？答：可以在狀態表中，輸入相應的參數地址，然後在線寫(xie) 入用戶需要的PID參數數值，這樣用戶就可根據工藝需要隨時對PID參數、設定值等進行調整。
2.PID已經調整合適，如何正式確定參數？答：可以在數據塊中直接寫(xie) 入參數。
3.做完PID向導後，能否查看PID生成的子程序，中斷程序？ 答：PID向導生成的子程序，中斷程序用戶是無法看到的，也不能對其進行修改。沒有密碼能夠打開這些子程序，一般的應用也沒有必要打開查看。

4.PID參數有經驗值嗎？ 答：每一個(ge) 項目的PID 參數都不一樣，沒有經驗參數，隻能現場調試獲得。
5.我的PID向導生成的程序為(wei) 何不執行？答：必須保證用SM0.0無條件調用PID0_CTRL程序在程序的其它部分不要再使用SMB34定時中斷，也不要對SMB34賦值
6.如何實現PID反作用調節？答：在有些控製中需要PID反作用調節。例如：在夏天控製空調製冷時，若反饋溫度（過程值）低於(yu) 設定溫度，需要關(guan) 閥，減小輸出控製（減少冷水流量等），這就是PID反作用調節（在PID正作用中若過程值小於(yu) 設定值，則需要增大輸出控製）。若想實現PID反作用調節，需要把PID回路的增益設為(wei) 負數。對於(yu) 增益為(wei) 0的積分或微分控製來說，如果指定積分時間、微分時間為(wei) 負值，則是反作用回路。
7.如何根據工藝要求有選擇地投入PID功能？答：可使用'手動/自動'切換的功能。PID向導生成的PID功能塊隻能使用SM0.0的條件調用。

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