商丘6FC5112-0CA03-0AA0西门子模块厂家

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S7-200 能够进行PID 控制。S7-200 CPU多可以支持8 个PID 控制回路（8个PID 指令功能块）。  

PID 是闭环控制的比例－积分－微分控制算法。  

PID 控制器根据设定值（给定）与被控对象的实际值（反馈）的差值，按照PID 算法计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。  

PID 控制是负反馈闭环控制，能够闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。  

根据具体项目的控制要求，在实际应用中有可能用到其中的一部分，比如常用的是PI（比例－积分）控制，这时没有微分控制部分。  

1、PID 算法在S7-200 中的实现 

PID 控制初在模拟量控制中实现，随着离散控制理论的发展，PID也在计算机化控制中实现。  

计算机化的PID 控制算法有几个关键的参数： 

●Kc：Gain，增益 

●Ti：积分时间常数 

●Td：微分时间常数 

●Ts：采样时间  

在S7-200 中PID 功能是通过PID 指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID 功能块，按照PID 运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量。  

PID 功能块通过一个PID 回路表交换数据，这个表是在V 数据存储区中的开辟，长度为36 字节。因此每个PID 功能块在调用时需要两个要素：PID控制回路号，以及控制回路表的起始地址（以VB 表示）。  

由于PID 可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此有一种通用的数据表示才能被PID 功能块识别。S7-200中的PID 功能使用占调节范围的百分比的抽象地表示被控对象的数值大小。在实际工程中，这个调节范围往往被认为与被控对象（反馈）的测量范围（量程）一致。 PID 功能块只接受0.0 - 1.0 之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID 功能块编程，数据在这个范围之内，否则会出错。其他如增益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数。  

因此，把实际的物理量与PID 功能块需要的（或者输出的）数据之间进行转换。这就是所谓输入/输出的转换与化处理。《S7-200手册》上有详细的介绍。  

 S7-200 的编程Micro/WIN 提供了PID 指令向导，以方便地完成这些转换/化处理。除此之外，PID指令也同时会被自动调用。  

1.1调试PID 控制器 

PID 控制的效果就是看反馈（也就是控制对象）是否跟随设定值（给定），是否响应快速、，是否能够闭环中的各种扰动而回复。  

要衡量PID 参数是否，能够连续观察反馈对于给定变化的响应曲线；而实际上PID 的参数也是通过观察反馈波形而调试的。因此，没有能够观察反馈的连续变化波形曲线的有效手段，就谈不上调试PID 参数。  

观察反馈量的连续波形，可以使用带慢扫描记忆功能的示波器（如数字示波器），波形记录仪，或者在PC 机上做的趋势曲线监控画面等。  

新版编程STEP 7 - Micro/WIN V4.0 内置了一个PID 调试控制面板工具，具有图形化的给定、反馈、调节器输出波形显示，可以用于手动调试PID 参数。对于没有“自整定PID”功能的老版CPU，也能实现PID 手动调节。  

PID 参数的取值，以及它们之间的配合，对PID 控制是否具有重要的意义。这些主要参数是：

●采样时间： 

计算机按照一定的时间间隔对反馈进行采样，才能进行PID 控制的计算。采样时间就是对反馈进行采样的间隔。短于采样时间间隔的变化是不能测量到的。过短的采样时间没有必要，过长的采样间隔显然不能扰动变化比较快、或者速度响应要求高的。  

编程时的PID 控制器采样时间与实际的采样时间一致。S7-200中PID 的采样时间精度用定时中断来。  

●增益（Gain，放大系数，比例常数） 

 增益与偏差（给定与反馈的差值）的乘积作为控制器输出中的比例部分。过大的增益会造成反馈的振荡。  

●积分时间（Integral Time）  

偏差值恒定时，积分时间决定了控制器输出的变化速率。积分时间越短，偏差的修正越快。过短的积分时间有可能造成不。 积分时间的长度相当于在阶跃给定下，增益为“1”的时候，输出的变化量与偏差值相等所需要的时间，也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时间。 如果将积分时间设为值，则相当于没有积分作用。  

●微分时间（Derivative Time） 

偏差值发生改变时，微分作用将一个尖峰到输出中，随着时间流逝减小。微分时间越长，输出的变化越大。微分使控制对扰动的度，也就是偏差的变化率越大，微分控制作用越强。微分相当于对反馈变化趋势的预测性。 如果将微分时间设置为0 就不起作用，控制器将作为PI 调节器工作。   

1.2常见问题 

1．对于某个具体的PID 控制项目，是否可能事先得知比较的参数？有没有相关的数据？ 

虽然有理论上计算PID 参数的，但由于闭环调节的影响因素很多而不能全部在数学上地描述，计算出的数值往往没有什么实际意义。因此，除了实际调试参数外，没有什么可用的参数值存在。甚至对于两套看似一样的，都可能通过实际调试完全不同的参数值。  

2．PID控制不怎么办？如何调试PID？ 

闭环的调试，应当做开环。所谓开环，就是在PID 调节器不投入工作的时候，观察： 

●反馈通道的是否  

●输出通道是否正常  

可以试着给出一些比较保守的PID 参数，比如放大倍数（增益）不要太大，可以小于1，积分时间不要太短，以免引起振荡。在这个基础上，可以直接投入运行观察反馈的波形变化。给出一个阶跃给定，观察的响应是的。  

如果反馈达到给定值之后，历经多次振荡才能或者根本不，应该考虑是否增益过大、积分时间过短；如果反馈迟迟不能跟随给定，上升速度很慢，应该考虑是否增益过小、积分时间过长……  

总之，PID参数的调试是一个综合的、互相影响的，实际调试中的多次尝试是非常重要的步骤，也是的。  

S7-200 的新一代产品提供了自整定的PID 细调功能。 

3．没有采用积分控制时，为何反馈达不到给定？这是必然的。因为积分控制的作用在于纯比例调节固有的“静差”。没有积 

分控制的比例控制中，没有偏差就没有输出量，没有输出就不能维持反馈值与给定值相等。所以永远不能做到没有偏差。 

4．如何实现PID 反作用调节？ 

参见PID 向导中的常问问题。 

5．S7-200控制变频器，在变频器也有PID 控制功能时，应当使用谁的PID 功能？可以根据具体情况使用。一般来说，如果需要控制的变量直接与变频器直接有关，比 

如变频水泵控制水压等，可以考虑使用变频器的PID 功能。  

6、《S7-200手册》上的附录H.14“用S7-200 实现PID 控制”的例子，是否可以直接使用？《S7-200手册》中的附录H 在英文原版中并不存在。 H.14 的PID 例子是在代产品还不支持PID 运算指令时的产物。现在用户可以使用PID 指令块，或者PID Wizard（PID 向导）编辑PID 控制程序。  

1.3 PID Wizard - PID 向导 

Micro/WIN 提供了PID Wizard（PID 指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制的PID 算法。此向导可以完成绝大多数PID 运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID 向导生成的子程序，就可以完成PID 控制任务。  

PID 向导既可以生成模拟量输出PID 控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对PID编程，以避免不必要的错误。如果用户不能确定中文编程界面的语义，我们建议用户使用英文版本的Micro/WIN，以免对向导中相关概念发生误解。

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