基于S7-200的增量式积分分离PID控制器设计

S7—200的PID编程作者：韩耀旭该部分主要包括以下内容：PID控制基础知识简单介绍S7—200的PID功能PID功能块编程PID 功能块编程实例PID向导编程PID自整定PID控制基础知识简单介绍PID是比例，积分，微分的缩写。

PID控制是工业过程中应用最广泛的一种控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有控制，均可以达到很好的效果。

PID控制主要由三部分组成：比例调节，积分调节，微分调节。

其控制原理相对较复杂，需要相当的控制理论和微积分知识。

作为一名工程控制人员，没有必要过分深入了解PID的控制原理，本文也只是对PID控制的原理作了一个概述，如果您还是觉得难以理解，也不必害怕，您可以跳过下面这部分内容直接去看PID控制通俗讲解部分。

比例调节作用：P 为比例增益，代表比例控制作用的强弱，单位为%。

比例调节的作用是控制输出的大小与误差的大小成正比。

P参数的定义是：当误差占量程的百分比达到P值时，比例作用的输出为100%。

例：对于量程为0-1300℃的温控系统，当P设置为10%时，说明当误差达到10%（130℃）时，比例作用的输出等于100%，误差每变化1℃，比例作用输出变化0.77%。

P值越大，控制的灵敏度越低；P值越小，控制的灵敏度越高。

例如，比例参数P设定为4%（0.04），表示测量值偏离给定值4%时，输出控制量变化100%。

P值小，比例作用大，动态响应快，消除误差的能力强，可以加快调节。

但是，实际系统是有惯性的，过大的比例，会使系统的稳定性下降，造成系统的不稳定。

现场调试时，P参数通常由大向小调，以能达到最快响应又无超调(或无大的超调)为最佳。

积分调节作用：为什么要引进积分作用呢？前面已经分析过，比例作用的输出与误差的大小成正比，误差越大，输出越大，误差越小，输出越小，误差为零，输出为零。

由于没有误差时输出为零，因此比例调节不可能完全消除误差，不可能使被控量的当前值达到给定值。

这样控制的结果就必然存在一个稳定的误差，以维持一个稳定的输出。

西门子S7-200SMARTPID回路控制，配置PID向导，查看项目组件本篇我们继续来学习西门子S7-200 SMART的PID回路控制，首先介绍一下如何配置PID向导。

在工具菜单功能区单击PID按钮打开PID回路向导对话框，选择要组态的回路，最多可组态8个回路，这里我们选择回路0。

选择回路0在左侧的树视图中单击回路0节点，在此定义回路名称。

单击参数节点，在此设置回路参数，如果不需要比例作用，增益设置为0.0，如果不需要积分作用，积分时间设置为无穷大值INF，如果不需要微分作用，微分时间设置为0.0，采样时间是PID控制回路对反馈采样以及重新计算输出值的时间间隔，这里我们均采用默认值，后面在实验中进行自整定。

设置回路参数单击输入节点，在此指定回路过程变量的标定方式，根据外接模拟量输入情况，类型选择単极型，标定选项中设置过程变量范围0到27648，对应回路设定值范围0.0到100.0，该值是给定值占过程变量量程的百分比，在本例中也可以认为是工程量温度值。

设置输入参数点击输出节点，在此指定回路输出的标定方式，根据外接输出信号类型选择数字量，循环时间即PWM输出的周期，采用默认值0.1秒。

设置输出参数单击报警节点，在此设定回路报警选项，启用下限报警、上限报警、模拟量输入错误报警，指定报警上下限值以百分比表示，以及模拟量输入模块连接到PLC的位置。

报警参数设置单击代码节点，在此自定义向导生成的子程序和中断程序的名称，选择添加PID的手动控制，当处于手动模式时不执行PID计算，回路输出由程序控制。

单击存储器分配节点，PID向导为完成PID运算需要120个字节的位存储器，为其指定起始地址，要保证程序中没有使用这些存储器，单击建议按钮向导将自动设定当前程序中未用的位存储器，这里我们采用VB0为起始地址。

添加PID手动控制单击组件节点，在此列出了PID向导生成的组件，包括一个初始化PID的子程序、一个用于循环执行PID功能的中断程序、一个120个字节的数据页以及一个符号表，单击生成按钮完成PID向导配置，向导生成的项目组件添加到了项目中。

S7-200 PLC的PID参数自整定功能及其应用介绍了西门子新一代小型PLC S7-200的PID参数自整定的基本思想和PID整定控制面板的使用方法。

PID控制回路的参数整定是模拟量闭环控制中的一个难点，如果初始参数选择不当，可能会出现很大的超调量，甚至使系统不稳定。

西门子公司的新一代小型S7-200 PLC具有PID 参数自整定功能，V4.0版的编程软件STEP7-Micro/WIN增加了PID整定控制面板。

这两项功能相结合，使用户能轻松地实现PID的参数自整定，同时可以对最多8个回路进行自整定。

自整定能提供一组近似最优的整定参数。

自整定的基本方法S7-200使用的自整定算法基于K. J. ?str?m和T. H?gglund在1984年提出的继电反馈算法，该算法在一个稳定的控制过程中产生一个小幅度的持续振荡。

根据过程变量振荡的周期和幅度的变化，确定最终的频率和增益，并用它们来求出PID控制器的增益、积分时间常数和微分时间常数的推荐值。

自整定能用于正作用和反作用的P、PI、PD、PID回路的整定。

自动确定滞后和偏差自整定除了推荐整定值外，还可以自动确定滞后(hysteresis)值和过程变量峰值偏差(deviation)值。

在限制由PID自整定建立的持续振荡的幅值时，这些参数用于减少过程噪声的影响，从而更精确地计算出过程的自然振荡频率。

自整定过程在确定了滞后值和偏差值之后，将初始阶跃施加到回路的输出量，开始执行自整定过程。

输出值的阶跃变化会使过程变量值产生相应的变化。

当输出值的变化使过程变量超出滞后区范围时，检测到一个过零（zero-crossing）事件。

在发生过零事件时，自整定将向相反方向改变输出值。

自整定继续对过程变量进行采样，并等待下一个过零事件，该过程总共需要12次过零才能完成。

过程变量的峰-峰值（峰值误差）和过零事件产生的速率都与控制过程的动态特性直接相关。

在自整定过程初期，会适当调节输出阶跃值，从而使过程变量的峰-峰值更接近希望的偏差值。