【文章內容簡介】 數值復位（為0）。 減計數器CTUD的梯形圖符號 PID控制系統本系統要求采用閉環(huán)回路控制，所以要用到PID控制模塊。 PID調節(jié)概念及基本原理目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統可分為開環(huán)控制系統和閉環(huán)控制系統。一個控制系統包括控制器﹑傳感器、變送器、執(zhí)行機構、輸入輸出接口。控制器的輸出經過輸出接口、執(zhí)行機構，加到被控系統上；控制系統的被控量，經過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構是不一樣的。比如壓力控制系統要采用壓力傳感器，電加熱控制系統的傳感器是溫度傳感器。 閉環(huán)控制系統閉環(huán)控制系統的特點是系統被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。閉環(huán)控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統能通過不斷的修正最后做出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統。 PID控制的原理和特點在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 PID調節(jié)比例、積分、微分調節(jié)（即PID調節(jié)）是閉環(huán)模擬量控制中的傳統調節(jié)規(guī)律。它在改善控制系統品質，保證系統偏差e[給定值（SPn）和過程變量（PVn）的差]達到預定指標，使系統在實現穩(wěn)定狀態(tài)方面具有良好的效果。PID調節(jié)控制的原理基于下面的方程式，它描述了輸出M(t)作為比例項、積分項和微分項的函數關系。即 輸出 = 比例項 + 積分項 + 微分項式中 M(t) ——PID回路的輸出，是時間的函數； KC ——PID回路的增益，也叫比例常數； e ——回路的誤差（給定值與過程變量之差）； Minitial ——PID回路輸出的初始值。u++DPI+KPKP/TiSKPTdS測量電路對象x y PID調節(jié)器據生產現場的實際情況，采用PID控制溫度的方法，精度比較高，系統性能穩(wěn)定，滿足生產的實際需要。主要設備：熱電偶或熱電阻，PLC，電加熱管等。 PID參數傳送的程序設計PID控制器有4個主要的參數KC、TS、TI、TD需要整定，無論哪一個參數選擇得不合適都會影響控制效果。在整定參數時首先應把握住PID參數與系統動態(tài)、靜態(tài)性能之間的關系。在P、I、D這三種控制作用中，比例部分與誤差信號在時間上是一致的，只要誤差一出現，比例部分就能及時地產生與誤差成正比的調節(jié)作用，具有調節(jié)及時的特點。比例系數KC越大，比例調節(jié)作用越強，系統的穩(wěn)態(tài)精度越高。但是對于大多數系統，KC過大會使系統的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低?？刂破髦械姆e分作用與當前誤差的大小和誤差的歷史情況都有關系，只要誤差不為零，控制器的輸出就會因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統處于穩(wěn)定狀態(tài)時，積分部分才不再變化。因此積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是積分作用的動作緩慢，可能給系統的動態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響，因此很少單獨使用。積分時間常數TI增大時，積分作用減弱，系統的動態(tài)性能（穩(wěn)定性）可能有所改善，但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。根據誤差變化的速度（即誤差的微分），微分部分提前給出較大的調節(jié)作用。微分部分反映了系統變化的趨勢，它較比例調節(jié)更為及時，所以微分部分具有超前和預測的特點。微分時間常數TD增大時，超調量減小，動態(tài)性能得到改善，但是抑制高頻干擾的能力下降。如TD過大，系統輸出量在接近穩(wěn)態(tài)值時可能上升緩慢。選取采樣周期TS時，應使它遠遠小于系統階越響應的純滯后時間或上升時間。為使采樣值能及時反映模擬量的變化，TS越小越好。但是TS太小會增加CPU的運算工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不宜將TS取得過小。 采樣周期的經驗數據被控制量流 量壓 力溫 度液 位成 分采樣周期/s1～53～1015～206～815～20PID指令中的TBL是回路表的起始地址，LOOP是回路的編號。類似于計數器指令，PID指令有一個能流記憶位，用該位檢測到EN輸入端的能流從0到1的正跳變時，指令將執(zhí)行一系列的操作，使PID從手動方式切換到自動方式。為了實現手動方式到自動方式的無擾動切換，轉換前必須把當前的手動控制輸出值寫入回路表的Mn欄。PID指令對回路表內的值進行下列操作，保證檢測到能流從0到1的正跳變時，從手動方式無擾動地切換到自動方式：1） 令給定值（SPn）=過程變量（PVn）。2） 令上一次的過程變量（PVn1）=過程變量的當前值（PVn）。3） 令積分和（MX）=輸出值（Mn）。PID的能流記憶位默認值為1，在啟動CPU或從STOP方式轉換到RUN方式時它被置位。進入RUN方式后PID指令首次有效時，沒有檢測到能位的正跳變，就不會執(zhí)行無擾動的切換操作。編譯時如果指令指定的回路表起始地址或回路號超出范圍，CPU將生成編譯錯誤（范圍錯誤），引起編譯失敗。PID指令對回路表中的某些輸入值不進行范圍檢查，應保證過程變量、給定值、積分和與上一次的過程變量不超限。 PID指令的回路表偏移地址變 量格 式類 型描 述0過程變量PVn雙字實數輸入～4設定值SPn雙字實數輸入～8輸出值Mn雙字實數輸入/輸出～12增益KC雙字實數輸入比例常數，可正可負16采樣時間TS雙字實數輸入單位為s，必須為正數20積分時間TI雙字實數輸入單位為min，必須為正數續(xù)表 24微分時間TD雙字實數輸入單位為min，必須為正數28積分前項MX雙字實數輸入/輸出～32過程前值PVn1雙字實數輸入/輸出最近一次運算的過程變量值如果PID指令中的算術運算發(fā)生錯誤，（溢出或非法數值）被置1，并將終止PID指令的執(zhí)行。要想消除這種錯誤，在下一次執(zhí)行PID運算之前，應改變引起運算錯誤的輸入值，而不是更新輸出值。在調節(jié)PID的參數時，首先需要確定參數的初始值，如果預定的參數初始值與理想的參數值相差甚遠（如相差幾個數量級），將給以后的調試帶來很大的困難。因此如何選擇一組較好的PID參數初始值是PID參數整定中的關鍵問題。下面介紹一種工程中廣泛應用的擴充響應曲線法，用這種方法可以初步確定上述的4個參數。具體方法如下：（1）斷開系統的反饋，令PID控制器為KC=1的比例控制器，在系統輸入端加一個階躍給定信號，測量并畫出廣義被控對象（包括執(zhí)行機構）的開環(huán)階躍響應曲線。，圖中的c（∞）是系統輸出量的穩(wěn)態(tài)值。（2）在曲線上最大斜率處作切線，求得被控對象的純滯后時間τ= =。（3）求出系統的控制度。所謂控制度，是指計算機直接數字控制（簡稱DDC）與模擬控制器的控制效果之比?？刂菩Ч话阌谜`差平方的積分值函數來表示，即：，認為二者控制效果相當。 c(t)T1τOc(∞)t 被控對象的階躍響應曲線（4）根據求出的τ、T1和控制度的值，、TI、TD和TS。 擴充響應曲線法參數整定表控制度控制方式KCTITDTSPI TI/τPID TI/τPI TI/τPID TI/τPI TI/τPID TI/τPI TI/τPID TI/τ用以上方法確定的4個參數只能作為參考值，為了獲得良好的控制效果，還需要閉環(huán)調試，根據閉環(huán)階躍響應的特征，反復修改控制參數，使系統達到相對最佳的控制效果。，用PI控制，所以查表計算可知，KC=、TI=，TD=0、TS=。根據計算，下面給出本系統的PID參數設定的梯形圖及其對應的STL語句。上述梯形圖對應的STL語句為：說明：（1） 表示此位始終為1。（2）MOVR IN，OUT 表示實數之間的傳送。（3）ATCH INT，EVENT 表示給事件分配中斷程序。（4）ENI 表示允許中斷。 PID控制算法的程序設計回路輸出即PID控制器的輸出，～。將回路輸出送給D/A轉換器之前，必須轉換成16位二進制整數。這一過程是將PV與SP轉換成標準化數值的逆過程。第一步用下面的公式將回路輸出轉換為實數：式中，Rscal是回路輸出對應的實數值，Mn是回路輸出標準化的實數值，Offset與Span與上述的定義相同。下面給出本系統的PID控制算法的梯形圖及其對應的STL語句。上述梯形圖對應的STL語句為：說明：（1） 表示此位提供高低電平各30s，周期為1s的時鐘脈沖。（2）MOVW IN，OUT 表示字之間的傳送。（3）ROUND IN，OUT 表示實數截位取整為雙整數。（4）DTI IN，OUT 表示雙整數轉換成整數。 溫度控制系統的程序設計為了達到任務要求，本系統擬用2個加熱管對電爐進行加熱。根據上述分析及硬件的規(guī)格（S7200 CPU 型號：222 8輸入6輸出），給出了本系統的程序流程圖，以及內存變量地址分配。開始系統初始化模擬量采集電爐溫度是否超限加熱管停止加熱電爐是否需要急停系統急停