【图】西门子s7-200 pid指令控制实例

西门子s7-200 pid指令控制实例

1、PID标准指令

西门子S7-200 plc具有标准的PID回路指令来实现各种温度控制(如图1所示)。PID回路(PID)指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID回路计算(如表1所示)。同时，逻辑堆栈(TOS)顶值必须是"打开"(使能位)状态，才能启用PID计算。

图1  PID回路指令

表1 PID回路指令操作数

S7-200程序中可使用八条PID指令，如果两条或多条PID指令使用相同的回路号码(即使它们的表格地址不同)，PID计算会互相干扰，结果难以预料。因此，必须在程序设计之初为每一个PID控制指定不同的回路号。

LOOP回路表存储用于控制和监控回路运算的参数，包括程序变量、设置点、输出、增益、采样时间、整数时间(重设)、导出时间(速率)等数值。PID指令框中输入的表格(TBL)起始地址为回路表分配80个字节

2、PID控制

工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制或调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

1)比例(P)控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。

2)积分(I)控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
 
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

3)微分(D)控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。

解决办法：使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。