西門子PLCsmart200-PID 自動/手動調節的無擾動切換

PID 自動/手動調節的無擾動切換

有些工程項目中可能需要根據工藝要求在不同的時刻投入、或者退出 PID 自動控製；退出 PID 自動控製時，控製器的輸出部分可以由操作人員直接手動控製。這就是所謂的 PID 手動/自動切換。

PID 控製處於(yu) 自動方式時，PID 控製器（S7-200 SMART 中的 PID 調節功能）會(hui) 按照 PID 算法，自動通過輸出的作用使過程反饋值跟隨給定值變化，並保持穩定。這是一個(ge) 自動的閉環控製係統。操作人員可以根據現場工藝的要求，改變給定（即設定值）的值。

PID 控製處於(yu) 手動方式時，PID 控製器不再起自動計算的作用。這時，控製回路的輸出是由操作人員手動控製、調整，由操作人員觀察現場的控製效果，從(cong) 而構成人工閉環控製。

 所謂 PID 自動/手動控製，就是看控製係統的輸出是由 PID 控製器自動控製，還是由操作人員手動控製。

有些控製係統的執行機構不能承受較大的衝(chong) 擊，這就要求在進行 PID 自動/手動切換時，保持控製輸出的穩定。這就是要求無擾動切換。

為(wei) 了達到 PID 自動/手動控製的無擾動切換，需要在編程時注意一些相關(guan) 事項。下麵分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向導編程兩(liang) 種情況作一介紹。

1.直接使用 PID 指令編程時的 PID 自動/手動無擾切換

直接使用 PID 指令塊編寫(xie) PID 控製程序時，可以簡單地使用“調用/不調用”指令的方式控製自動/手動模式。因為(wei) PID 指令本身已經具有實現無擾動切換的能力，此時在 PID 指令控製環節之外編程沒有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能（為(wei) “1”）時，我們(men) 認為(wei) 是自動控製模式；EN 輸入端未使能（為(wei) “0”）時，我們(men) 認為(wei) 是手動控製模式。

PID 指令本身有一個(ge) “能流曆史狀態位”，以記錄指令的狀態切換。在 EN 端從(cong) “0”變為(wei) ”“1”時，PID 指令認為(wei) 這是從(cong) “手動”模式向“自動”模式切換。PID 指令此時會(hui) 自動執行一係列動作，以配合無擾動切換：

• 使設定值（ SPn） = 當前過程反饋變量（PVn）
• 設置上次采樣過程變量（PVn-1） = 當前過程反饋變量（PVn）
• 設置積分偏差和（或所謂積分前項）（Mx） = 當前輸出值（Mn）

使設定值等於(yu) 當前反饋值可以避免出現偏差，使之不存在調整的要求；當然如果有工藝要求，也可以後續調整設定值。其他的動作都是為(wei) 了使 PID 在後續的操作中不改變輸出的值。

在編程時要注意：

• 從自動模式向手動模式切換時，PID 指令的 EN 端不再有能流，計算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時如果需要操作人員人工觀察控製的結果，手動控製輸出量，就可以通過用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲單元內容（見數據塊或係統手冊的相關部分內容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進行一些標準化換算。
• 為保證從手動模式向自動模式的切換無擾動，需要在手動控製時，或在切換過程中，禁止對 PID 回路表中設定值的更新，以便切換時 PID 指令用當前過程反饋值替代設定值。切換完成後，操作人員可以調整設定值。

2.使用 PID 向導編程時的 PID 自動/手動無擾切換

使用 PID 指令向導編程時，指令向導會(hui) 自動調用 PID 指令，並且編寫(xie) 外圍的控製變量標準化換算、定時采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向導時，需要在用戶程序中用 SM0.0 調用指令向導生成的子程序（如 PIDx_CTRL 子程序）。PID 向導可以生成帶自動/手動切換功能的子程序，這個(ge) 子程序使用一個(ge) 數字量點為(wei) “1”、“0”的狀態來控製是否投入 PID 自動控製。

 到目前為(wei) 止（STEP 7-Micro/WIN SMART），使用 PID 向導生成的子程序時，由於(yu) 用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無擾切換能力因為(wei) 隔了外殼子程序，所以受到了局限。如果對無擾切換要求比較嚴(yan) 格，需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控製子程序。

圖 1. PID 向導生成的指令

圖中：

1. 過程反饋量
2. 設定值，實數
3. 自動/手動控製，“1”=自動，“0”=手動
4. 手動控製輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個實數
5. PID 控製輸出值

要實現無擾動切換，必須：

• 在從自動向手動切換時，使手動輸出值（VD2004）等於當前的實際控製輸出值；
• 在從手動向自動切換時，使設定值相當於當前的過程反饋值。

為(wei) 此，可編寫(xie) 類似下圖所示的程序，放在 PID 控製子程序之前：

圖 2. 無擾切換處理程序

圖中：

1. 自動/手動切換控製點
2. 從自動向手動切換時，使手動輸出值等於實際當前值
3. 從手動向自動切換時，把當前反饋量換算為相應的給定值

 上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫中的子程序，如何將該指令庫導入到Micro/WIN SMART 中可參見如何將Micro/WIN 的庫文件導入到Micro/WIN SMART中。這是為(wei) 了解決(jue) 過程反饋與(yu) 設定值之間的換算問題。用戶也可以自己編程換算，或者根據反饋與(yu) 給定的取值範圍決(jue) 定是否需要換算。

為(wei) 了更好地理解 PID向導的自動/手動無擾切換的使用，可參考下麵的例程。

使用環境： STEP 7 Micro/WIN SMART V2.3.2

實現功能： PID向導的自動/手動無擾切換

 PID向導自動/手動無擾切換 （工程文件下載鏈接）：

程序截圖全部如下：

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