西门子S7-200PID的使用指导

PID的使用指导

江西理工大学应用科学学院

西门子S7-S7-200PID的使用指导

黄文斌 黄文斌 编写

机电工程系

PID的使用指导

目录

第一章 PID算法的介绍............................................1 第二章 PID指令介绍..............................................5 第三章 PID的各项功能............................................7 第四章 PID参数的整定............................................9

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第一章 第一章 PID算法的介绍

一、PID算法

当控制系统达到稳定状态时，PID控制器调节输出，保证偏差（e）为零，使系统达到稳定状态，偏差（e）是给定值（SP）和过程变量（PV）的差。PID控制的原理基于下面的算式；输出

M（t）是比例项、积分项和微分项的函数。

其中：

M(t) 作为时间函数的回路输出 Kc 回路增益

E 回路偏差（设定值和过程变量之间的差别） Minitial 回路输出的初始值

为了能让数字计算机处理这个控制算式，连续算式必须离散化为周期采样偏差算

式，才能用来计算输出值。数字计算机处理的算式如下：

其中：

Mn 采样时间n的回路输出计算值 Kc 回路增益

En 采样时间n的回路偏差值

E(n-1) 回路偏差的前一个数值（在采样时间n-1） Ki 积分项的比例常数 Minitial 回路输出的初始值 Kd 微分项的比例常数

从这个公式可以看出，积分项是从第1个采样周期到当前采样周期所有误差项的函数，微分项是当前采样和前一次采样的函数，比例项仅是当前采样的函数。在数字计算机中，不保存所有的误差项，实际上也不必要。

由于计算机从第一次采样开始，每有一个偏差采样值必须计算一次输出值，只需要保存偏差前值和积分项前值。作为数字计算机解决的重复性的结果，可以得到

在任何采样时刻必须计算的方程的一个简化算式。简化算式是：

其中：

Mn 采样时间n的回路输出计算值

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Kc 回路增益

En 采样时间n的回路偏差值

E（n-1） 回路偏差的前一个数值（采样时间n ?1） Ki 积分项的比例常数

MX 积分项前项数值和（采样时间n-1） Kd 微分项的比例常数

CPU实际使用以上简化算式的改进形式计算PID输出。这个改进型算式是：

其中：

Mn 采样时间n的回路输出计算值 MPn 采样时间n的回路输出比例项数值 MIn 采样时间n的回路输出积分项数值 MDn 采样时间n的回路输出微分项数值 理解PID理解PID方程的比例项PID方程的比例项

比例项MP是增益（KC）和偏差（e）的乘积。其中KC决定输出对偏差的灵敏度，偏差（e）是给定值（SP）与过程变量值（PV）之差。S7--200解决的求比例项的算式是：

理解PID理解PID方程的积分项PID方程的积分项 方程的积分项

积分项值MI与偏差和成正比。S7-200解决的求积分项的算式是：

积分和（MX）是所有积分项前值之和。在每次计算出MIn之后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被调整或限定（详见“变量和范围一节）。MX的初值通常在第一次计算输出以前被设置为Minitial（ 初值）。积分项还包括其他几个常数：增益（KC），采样时间间隔（TS）和积分时间（TI）。其中采样时间是重新计算输出的时间间隔，而积分时间控制积分项在整个输出结果中影响的大小。

理解PID理解PID方程的微分项PID方程的微分项 方程的微分项

微分项值MD与偏差的变化成正比。S7--200使用下列算式来求解微分项：

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为了避免给定值变化的微分作用而引起的跳变，假定给定值不变（SPn = SPn-1

）。这样，可以用过程变量的变化替代偏差的变化，计算算式可改进为：

为了下一次计算微分项值，必须保存过程变量，而不是偏差。在第一采样时刻，初始化为PVn-1=PVn 。 二、回路表

回路表有80 字节长，它的格式如表1-1所示

表1-1

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第二章 第二章 PID指令介绍 指令介绍

在过程控制中，经常会涉及到模拟量的控制，比如温度、压力盒流量控制等。

为了使控制系统稳定准确，要对模拟量进行采样检测，形成闭环控制系统。检测的对象是被控物理量的实际值，也称为过程变量；用户设定的调节目标值，也称为给定值。控制系统对过程变量与给定值的差值进行PID运算，根据运算结果，形成对模拟量的控制作用，PID即比例/积分/微分，在闭环系统中，PID调节器的控制作用是使系统在稳定的前提下，偏差量最小，并自动消除各种因素对控制效果的扰动。 1、PID回路表

在S7-200PLC中，通过PID回路指令来处理模拟量是非常方便的，PID功能的核心是PID指令。PID指令需要为其指定一个V变量储存区地址开始的PID回路表、PID回路号。PID回路表提供了给和反馈，以及PID参数等数据入口，PID运算的结果在回路表输出，见表3-29。

表3-29

偏移地址

0 4 8 12 16 20 24 28 32

参数名 PVn SPn Mn

Kc Ts Ti Td MX PVn-1

数据格式

双字，实数

类型 输入 输入 输入/输出 输入 输入 输 …… 此处隐藏：5667字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……