西門子系統(tǒng)S7-200受權(quán)總代理 6ES7288-5AE01-0AA0 S7-200 SMART 模擬量輸入

占比/積分兌換/求微分(PID)控制回路控制代碼 PID控制回路控制代碼(PID)依據(jù)鍵入與表(TBL)里的組態(tài)軟件信息內(nèi)容，對(duì) 對(duì)應(yīng)的LOOP實(shí)行PID控制回路測(cè)算。 使ENO=0錯(cuò)誤標(biāo)準(zhǔn)： SM1.1 (外溢) 0006 (間接尋址) 受影響?yīng)毺卮鎯?chǔ)芯片位： SM1.1 (外溢) PID控制回路命令(包括占比、積分兌換、求微分控制回路)可用于開展PID運(yùn) 算。可是，能夠進(jìn)行這類PID計(jì)算的前提是邏輯性局部變量棧頂 (TOS)值應(yīng)為1。該命令有兩種操作數(shù)：做為控制回路表起始地址 的“表”詳細(xì)地址和在0到7的常量的控制回路序號(hào)。 在系統(tǒng)中*多可用8條PID命令。假如兩個(gè)以上以上PID命令使用了同一個(gè)控制回路號(hào)，那么就算這種 命令的控制回路表不一樣，這種PID計(jì)算中間還會(huì)彼此干預(yù)，造成無法挽回得到的結(jié)果。 控制回路表包括9個(gè)主要參數(shù)，用于控制與監(jiān)控PID計(jì)算。這種主要參數(shù)分別為過程變量當(dāng)前值(PVn)，過程變量前 值(PVn--1)，預(yù)設(shè)值(SPn)，導(dǎo)出值(Mn)，增益值(Kc)，檢測(cè)時(shí)間(Ts)，積分時(shí)間(TI)，求微分時(shí)長(zhǎng)(TD)和 積分兌換項(xiàng)前值(MX)。 為了能讓PID計(jì)算以預(yù)料的采樣率工作中，PID命令務(wù)必用于按時(shí)所發(fā)生的中斷處理程序中，或是用于源程序 里被計(jì)時(shí)器所控制以一定工作頻率實(shí)行。檢測(cè)時(shí)間需要通過控制回路表導(dǎo)入到PID計(jì)算中。 自整定作用早已整合到PID命令中。針對(duì)自整定的詳細(xì)說明，參照第15章。PID整定值操作面板只能用 于由PID指導(dǎo)建立的PID控制回路。 表6--43 鍵入/導(dǎo)出 PID控制回路控制代碼的高效操作數(shù) 基本數(shù)據(jù)類型 操作數(shù) TBLBYTEVB LOOPBYTE常量(0到7) 命令指導(dǎo) STEP 7--Micro/WIN帶來了PID命令指導(dǎo)，具體指導(dǎo)您界定一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)流程的PID優(yōu)化算法。在指令界面中 選擇工具>命令指導(dǎo)，之后在命令指導(dǎo)對(duì)話框中挑選PID命令。 提醒 低限設(shè)定點(diǎn)或限制設(shè)定點(diǎn)要跟過程變量的低限和限制相匹配。 145 S7-200可編程序控制器系統(tǒng)軟件指南 了解PID優(yōu)化算法 PID控制器調(diào)整導(dǎo)出，確保誤差(e)為零，使操作系統(tǒng)做到平衡狀態(tài)。誤差(e)是預(yù)設(shè)值(SP)和過程變量 (PV)的差。PID控制的基本原理根據(jù)下邊的式子；導(dǎo)出M(t)是占比項(xiàng)、積分兌換項(xiàng)和求微分項(xiàng)的函數(shù)公式。 導(dǎo)出= 占比項(xiàng) M(t) = KC *e 積分兌換項(xiàng) 求微分項(xiàng) t KC edt Minitial 0 KC *de/dt 在其中： M(t) KC e Minitial 是時(shí)間函數(shù)的控制回路導(dǎo)出 是控制回路增益值 是控制回路偏差(預(yù)設(shè)值和過程變量間的差) 是控制回路輸出初值 為了讓數(shù)字計(jì)算機(jī)解決這一操縱式子，持續(xù)式子務(wù)必離散化為周期時(shí)間取樣誤差式子，才可以用于測(cè)算輸 出值。數(shù)字計(jì)算機(jī)處理式子如下所示： Mn = Kc *en n Σ KI *ex Minitial 1 導(dǎo)出= 占比項(xiàng) KD *(en-- e n-1) 積分兌換項(xiàng) 求微分項(xiàng) 在其中： Mn 要在取樣時(shí)時(shí)刻刻n，PID控制回路輸出測(cè)算值 KC 是控制回路增益值 en en--1 ex KI Minitial 是取樣時(shí)時(shí)刻刻n的控制回路誤差 是控制回路偏差的前一個(gè)標(biāo)值(在取樣時(shí)時(shí)刻刻n--1) 是取樣時(shí)時(shí)刻刻x的控制回路誤差 是積分兌換項(xiàng)比例常量 是控制回路輸出初值 KD 是求微分項(xiàng)比例常量 從這一公式計(jì)算能夠得知，積分兌換項(xiàng)是以第1個(gè)采樣周期到現(xiàn)階段采樣周期全部誤差項(xiàng)的函數(shù)公式。求微分項(xiàng)是現(xiàn)階段 取樣與前一次采集的函數(shù)公式，占比項(xiàng)僅僅是現(xiàn)階段取樣的函數(shù)公式。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，不儲(chǔ)存每一個(gè)誤差項(xiàng)，實(shí) 際上都多余。 因?yàn)殡娮佑?jì)算機(jī)從第一次取樣逐漸，每有一個(gè)誤差采樣值務(wù)必測(cè)算一次導(dǎo)出值，只需儲(chǔ)存誤差預(yù)測(cè)值和積 分項(xiàng)目預(yù)測(cè)值。做為數(shù)字計(jì)算機(jī)克服的可重復(fù)性得到的結(jié)果，可以獲得在所有的取樣時(shí)時(shí)刻刻務(wù)必計(jì)算出來的方程式的一個(gè)簡(jiǎn) 化式子。簡(jiǎn)單化算式是： Mn= Kc *en 導(dǎo)出= KI *en  MX 占比項(xiàng) KD *(en-- e n-1) 積分兌換項(xiàng) 求微分項(xiàng) 在其中： Mn 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)，控制回路輸出測(cè)算值 KC 是控制回路增益值 en en--1 KI MX 是取樣時(shí)時(shí)刻刻n的控制回路誤差 是控制回路偏差的前一個(gè)標(biāo)值(在取樣時(shí)時(shí)刻刻n--1) 是積分兌換項(xiàng)比例常量 是積分兌換項(xiàng)的前一個(gè)標(biāo)值(在取樣時(shí)時(shí)刻刻n--1) KD 是求微分項(xiàng)比例常量 146 第6章 S7-200指令系統(tǒng) CPU實(shí)際應(yīng)用之上簡(jiǎn)單化式子的優(yōu)化方式測(cè)算PID導(dǎo)出。這一改進(jìn)版算式是： Mn= MPn 導(dǎo)出= MIn MDn 占比項(xiàng) 積分兌換項(xiàng) 求微分項(xiàng) 在其中： Mn 要在檢測(cè)時(shí)間n后的控制回路輸出測(cè)算值 MPn 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)控制回路導(dǎo)出占比項(xiàng)的值 MIn MDn 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)控制回路導(dǎo)出積分兌換項(xiàng)的值 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)控制回路導(dǎo)出求微分項(xiàng)的值 了解PID方程式比例項(xiàng) 占比項(xiàng)MP是增益值(KC)和誤差(e)的相乘。在其中KC確定導(dǎo)出對(duì)偏差敏感度，誤差(e)是預(yù)設(shè)值(SP)與過 程變量類型(PV)差值。S7-200克服的求占比項(xiàng)的算式是： MPn= KC* (SPn-- P V n) 在其中： MPn 要在檢測(cè)時(shí)間n后的控制回路輸出占比項(xiàng)值 KC 是控制回路增益值 SPn PVn 要在檢測(cè)時(shí)間n后的預(yù)設(shè)值的值 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)全過程變量的數(shù)值 了解PID方程式的積分兌換項(xiàng) 積分兌換項(xiàng)值MI與誤差和正相關(guān)。S7-200克服的求積分項(xiàng)的算式是： MIn= KC*T S/TI* 在其中： MIn 要在檢測(cè)時(shí)間n后的控制回路導(dǎo)出積分兌換項(xiàng)的值 KC 是控制回路增益值 TS TI SPn PVn MX 是控制回路檢測(cè)時(shí)間 是電路的積分兌換周期時(shí)間(又稱為積分時(shí)間或校準(zhǔn)) (SPn-- P V n) MX 要在檢測(cè)時(shí)間n后的設(shè)置點(diǎn)標(biāo)值 要在檢測(cè)時(shí)間n后的全過程變量的數(shù)值 要在取樣時(shí)時(shí)刻刻n--1后的積分兌換項(xiàng)的值 (又稱為積分兌換和或誤差) 積分兌換和(MX)是所有積分兌換項(xiàng)前值總和。在每一次算出MIn以后，都會(huì)用MIn去升級(jí)MX。在其中MIn能夠 被更改或限制(詳細(xì)“自變量和范疇一節(jié))。MX的初始值一般在第一次測(cè)算導(dǎo)出之前被設(shè)為Minitial( 初 值)。積分兌換項(xiàng)還包含其他一些常量：增益值(KC)，檢測(cè)時(shí)間間距(TS)和積分時(shí)間(TI)。在其中檢測(cè)時(shí)間是重 新測(cè)算導(dǎo)出時(shí)間間隔，而積分時(shí)間操縱積分兌換項(xiàng)在所有輸入?yún)?shù)中危害大小。 147 S7-200可編程序控制器系統(tǒng)軟件指南 了解PID方程式的求微分項(xiàng) 求微分項(xiàng)值MD與偏差轉(zhuǎn)變正相關(guān)。S7-200應(yīng)用下列算式來求得求微分項(xiàng)： MDn= KC*TD/ TS* ((SPn-- P V n)--(SPn--1-- P V n--1)) 為防止因?yàn)轭A(yù)設(shè)值變動(dòng)的求微分功效所引起的導(dǎo)出中階躍函數(shù)轉(zhuǎn)變或振蕩，對(duì)于此事表達(dá)式加以改進(jìn)，假設(shè)設(shè)置 值穩(wěn)定不會(huì)改變(SPn =SPn--1)。那樣，可以使用過程變量的改變?nèi)〈钷D(zhuǎn)變，測(cè)算式子可改善為： MDn= KC*TD/ 或 (SPn-- P V n-- S P n  PVn--1) TS* MDn= KC*TD/ 在其中： MDn 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)控制回路導(dǎo)出求微分項(xiàng)的值 KC 是控制回路增益值 TS TD 是控制回路檢測(cè)時(shí)間 (PVn--1-- P V n) TS* 是電路的求微分周期時(shí)間(又稱為求微分時(shí)間或速度) SPn SPn--1 PVn 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)設(shè)置點(diǎn)標(biāo)值 要在檢測(cè)時(shí)間n--1時(shí)設(shè)置點(diǎn)標(biāo)值 要在檢測(cè)時(shí)間n時(shí)全過程變量的數(shù)值 PVn--1 要在檢測(cè)時(shí)間n--1時(shí)全過程變量的數(shù)值 為了能下一次測(cè)算求微分項(xiàng)值，務(wù)必儲(chǔ)存過程變量，而非誤差。在第一取樣時(shí)時(shí)刻刻，復(fù)位為 PVn--1=PVn。 控制回路控制方式的挑選 在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中，只需一種或多種控制回路控制方式。比如只需占比控制回路或是比例積分控制回路。根據(jù) 設(shè)定變量定義主要參數(shù)，可以考慮所需要的控制回路控制方式。 如果不想要積分兌換姿勢(shì)(PID測(cè)算里沒有“I”)，能把積分時(shí)間(校準(zhǔn))置為無窮“INF”。即便沒有積 分功效，積分兌換項(xiàng)還是不要為零，由于有初始值MX。 如果不想要求微分控制回路，能把求微分時(shí)長(zhǎng)置為零。 如果不想要占比控制回路，需要積分兌換或積分求微分控制回路，能把增益值設(shè)成0.0。系統(tǒng)軟件會(huì)到計(jì)算積分項(xiàng)的微 分項(xiàng)目時(shí)，把增益值作為1.0對(duì)待。 控制回路鍵入的轉(zhuǎn)變和規(guī)范化 每一個(gè)控制回路有兩種輸出量，預(yù)設(shè)值和過程變量。預(yù)設(shè)值一般是一個(gè)固定不動(dòng)數(shù)值，例如設(shè)置的汽車速度。過 程自變量是和PID控制回路導(dǎo)出相關(guān)，能夠考量導(dǎo)出對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)功效大小。在汽車速度整個(gè)系統(tǒng)的案例 中，過程變量應(yīng)當(dāng)是**測(cè)量車胎轉(zhuǎn)速比的限速計(jì)鍵入