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西門子S7-300系列PLC的PID功能塊應(yīng)用經(jīng)驗

　經(jīng)過多年的工作經(jīng)驗，我個人認為PID參數(shù)的設(shè)置的大小，一方面是要根據(jù)控制對象的具體情況而定；另一方面是經(jīng)驗。P是解決幅值震蕩，P大了會出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統(tǒng)達到穩(wěn)定時間長；I是解決動作響應(yīng)的速度快慢的，I大了響應(yīng)速度慢，反之則快；D是消除靜態(tài)誤差的，一般D設(shè)置都比較小，而且對系統(tǒng)影響比較小。對于溫度控制系統(tǒng)P在5-10%之間；I在180-240s之間；D在30以下。對于壓力控制系統(tǒng)P在30-60%之間；I在30-90s之間；D在30以下。

　　這里介紹一種經(jīng)驗法。這種方法實質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　這種方法的基本程序是先根據(jù)運行經(jīng)驗，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，然后人為地加入階躍擾動（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認為控制質(zhì)量不滿意，則根據(jù)各整定參數(shù)對控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗，直到滿意為止。

　　經(jīng)驗法簡單可靠，但需要有一定現(xiàn)場運行經(jīng)驗，整定時易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時，有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，不易得到整定參數(shù)。

　　下面以PID調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟：

　　A.讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0，實際微分系數(shù)k=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數(shù)S1，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。

　　B.取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)S0，同樣讓擾動信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。

　　C.積分系數(shù)S0保持不變，改變比例系數(shù)S1，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)S1增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)S0，力求改善控制過程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止。

D.引入適當(dāng)?shù)膶嶋H微分系數(shù)k和實際微分時間TD，此時可適當(dāng)增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。

　　PID參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上，I=3-10，D=1左右。小慣量如：一個小電機帶一臺水泵進行壓力閉環(huán)控制，一般只用PI控制。P=1-10，I=0.1-1，D=0，這些要在現(xiàn)場調(diào)試時進行修正的。

　　PID控制說明：

　　在工程實際中，應(yīng)用較為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

　　當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能*掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)較為方便。即當(dāng)我們不*了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，較適合用PID控制技術(shù)。

　　PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

　　比例（P）控制：比例控制是一種較簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

　　積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

　　微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。

　　這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。

S7-模塊范圍的多面性允許模塊化自定義，以多變的任務(wù)。
S7-支持多面性技術(shù)任務(wù)，并提供詳盡的通訊選項。除了具有集成功能和接口的 CPU，在 S7-設(shè)計中還有各種針對技術(shù)和通訊的特殊模塊。
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優(yōu)勢
安裝簡便
通過前端連接器連接傳感器/執(zhí)行器?？墒褂靡韵逻B接進行連接
螺釘型接線端子
彈簧型接線端子 
快速連接（絕緣穿刺）
更換模塊后，只需將連接器相同類型的新模塊中，并保留原來的布線。前端連接器的編碼可避免發(fā)生錯誤。
西門子S7-200模塊EM23EM23EM235快速連接
連接 SIMATIC TOP 更加簡單、快速（不是緊湊 CPU 的板載 I/O）。可使用預(yù)先裝配的帶有單個電纜芯的前端連接器，和帶有前端連接器模塊、連接線纜和端子盒的完整插件模塊化。
高組裝密度
模塊中為數(shù)眾多的通道使 S7-實現(xiàn)了節(jié)省空間的設(shè)計?？墒褂妹總€模塊中有 至 6個通道（數(shù)字量）或 至 個通道（模擬量）的模塊。
簡單參數(shù)化
使用 STEP 對這些模塊進行組態(tài)和參數(shù)化，并且不需要進行不便的轉(zhuǎn)換設(shè)置。數(shù)據(jù)進行集中存儲，如果更換了模塊，數(shù)據(jù)會自動傳輸?shù)叫碌哪K，避免發(fā)生任何設(shè)置錯誤。使用新模塊時，無需進行升級?？筛鶕?jù)需要組態(tài)信息，例如用于機器。返回頁首
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設(shè)計和功能
許多不同的數(shù)字量和模擬量模塊根據(jù)每一項任務(wù)的要求，準(zhǔn)確提供輸入/輸出。
數(shù)字量和模擬量模塊在通道數(shù)量、電壓和電流范圍、電氣隔離、診斷和警報功能等方面都存在著差別。在這里提到的所有模塊范圍中，SIPLUS 組件可用于擴展的溫度范圍 -25… 60°C 和有害的空氣/冷凝。
診斷、中斷
許多模塊還會采集（診斷）和從（中斷）中傳回的。這樣便可對中出現(xiàn)的錯誤（例如斷線或短路）以及任何事件（例如數(shù)字輸入時的上升邊或下降邊）立刻做出反應(yīng)。使用 STEP 7，即可對控制器的響應(yīng)進行編程。
模塊
用于和時，模擬量模塊可到 S7-300。該模塊通過 LED 轉(zhuǎn)換和指示輸出，實現(xiàn)對編碼器的模擬。
該模塊可到任何地方（不必遵守插槽規(guī)則）。該虛擬模塊為未組態(tài)的模塊預(yù)留了一個插槽。稍后安裝該模塊時，整個組態(tài)的機械配置和地址分配均不會更改。

西門子S7-300系列PLC的PID

1、可以在軟件中進行自動整定；

　　2、自動整定的PID參數(shù)可能對于系統(tǒng)來說不是的，就需要手動憑經(jīng)驗來進行整定。P參數(shù)過小，達到動態(tài)平衡的時間就會太長；P參數(shù)過大，就容易產(chǎn)生超調(diào)。　

PID功能塊在梯形圖中應(yīng)當(dāng)注意的問題

　　1、采用PID向?qū)蒔ID功能塊；

　　2、我要說一個較簡單的也是最容易被人忽視的問題，那就是：PID功能塊的使能控制只能采用SM0.0或任何1個存儲器的常開觸點并聯(lián)該存儲器的常閉觸點這樣的*斷開的觸點！

　　筆者在以前的一個工程調(diào)試中就遇到這樣的問題：PID功能塊有時間動作正常，有時間動作不正常，而且不正常時發(fā)現(xiàn)PID功能塊都沒問題（PID參數(shù)正確、使能正確），就是沒有輸出。最后查了好久，突然意識到可能是使能的問題——我在使能端串聯(lián)了啟動/停止控制的保持繼電器，我把它改為SM0.0以后，一切正常！

　　同時也明白了PID功能塊有時間動作正常，有時間動作不正常的原因：有時在灌入程序后保持繼電器處于動作的狀態(tài)才不會出現(xiàn)問題，一旦停止了設(shè)備就會出現(xiàn)問題——PID功能塊使能一旦斷開，工作就不會正常！

　　把這個給大家說說，以免出現(xiàn)同樣失誤?！　?/span>

PID控制器參數(shù)整定的一般方法

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。

　　PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：

　　一、理論計算整定法

　　它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。

　　二、工程整定法

　　它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。

　　但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：

　　(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；

　　(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；

　　(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。

　　PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整PID的大小。

　　比例I/微分D=2，具體值可根據(jù)儀表定，再調(diào)整比例帶P，P過頭，到達穩(wěn)定的時間長，P太短，會震蕩，永遠也打不到設(shè)定要求。

　　PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照：

　　溫度T：P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s；

　　壓力P：P=30~70%，T=24~180s；

　　液位L：P=20~80%，T=60~300s；

　　流量L：P=40~100%，T=6~60s。

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