S7-200PLC编程及应用课件第八章

1、PLCPLC在模拟量闭环控制中的应用在模拟量闭环控制中的应用PIDPIDPLCEM232EM1、PID 模拟控制系统中的模拟控制系统中的PID控制器控制器在闭环控制系统中广泛应用在闭环控制系统中广泛应用PIDPID控制（即比例一积分一微分控制）。控制（即比例一积分一微分控制）。PIDPID控制器调节回路输出控制器调节回路输出。为使系统达到稳定状态，应让偏差。为使系统达到稳定状态，应让偏差e e趋于零。偏差趋于零。偏差e e是给定值是给定值SPSP和过程变量和过程变量PVPV的差。回路的的差。回路的输出变量输出变量M M（t t）是时间）是时间t t的函数。它可以看作是比例项、积分项、微分项三项

2、之和。的函数。它可以看作是比例项、积分项、微分项三项之和。C C（t t）: : PID PID回路的输出，是时间函数；回路的输出，是时间函数； K KC C : :PIDPID回路的增益；回路的增益；e: PIDe: PID回路的偏差；回路的偏差；M M0 0: PID: PID回路输出的初始值。回路输出的初始值。 00/)(MdtdeKdteKeKtMctccPLCEM232EM1、PID 离散控制系统中的离散控制系统中的PID控制器控制器离散化为：离散化为：积分项是包括从第积分项是包括从第1 1个采样周期到当前采样周期的所有误差。计算中没有必要个采样周期到当前采样周期的所有误差。计算中没

3、有必要保存所有采样周期的误差项。只需保存积分项前值保存所有采样周期的误差项。只需保存积分项前值MnMn即可。即可。 进一步化简为：进一步化简为：1nCnInXDnnnnnMK eK eMKeeMPMIMD比例项：比例项： nCnCnnMPK eKSPPV积分项：积分项： /nInXCSInnXMIK eMK TTSPPVM微分项微分项： 111CDnDnnnnnnSK TMDKeeSPPVSPPVT00/)(MdtdeKdteKeKtMctcc微分用差分近似微分用差分近似积分用求和近似积分用求和近似模拟模拟PIDPID算法：算法：010)(MeeKeKeKMnnDniiI2、PID控制指令控制

4、指令TBL:TBL: 是回路表的起始地址，操作数限用是回路表的起始地址，操作数限用变量区变量区V V，类型，类型B B（VBVB）L00P:L00P: 回路号，可以是回路号，可以是0 0到到7 7的整数（的整数（BYTEBYTE型）型）, ,故在程序中最多可以用故在程序中最多可以用8 8条条PIDPID指令。指令。 进行进行P1DP1D运算的前提条件是逻辑堆栈栈顶（运算的前提条件是逻辑堆栈栈顶（TOSTOS）值必须为）值必须为1 1。 PID PID回路指令不可重复使用同一个回路号（即使它们有不同的回路表地址），回路指令不可重复使用同一个回路号（即使它们有不同的回路表地址）， 否则否则PIDP

5、ID计算将相互干扰，输出将不可预知。计算将相互干扰，输出将不可预知。PID TBL,LOOP单回路控制系统结构图单回路控制系统结构图分析可知：每个分析可知：每个PID只能只能有一个回路号（回路表有一个回路号（回路表中设置该中设置该PID的基本参数的基本参数及输入输出参数）及输入输出参数）S7-200S7-200执行执行PIDPID指令时为指令时为“自动自动”运行方式。不执行运行方式。不执行PIDPID指令时为指令时为“手动手动”方式。方式。PIDPID指令有一个允许输入端（指令有一个允许输入端（ENEN）。当该输入端检测到一个正跳变（从）。当该输入端检测到一个正跳变（从0 0到到1 1）信号，

6、）信号，PIDPID回路就从手回路就从手动方式无扰动地切换到自动方式。动方式无扰动地切换到自动方式。回路表长度回路表长度3636个字节（如图），增加了个字节（如图），增加了PIDPID自整定后扩展到自整定后扩展到8080个字节，个字节，P192P192回路表：回路表： P192无扰动切换时，系统把手动方式的当前输出值填入回路表中的无扰动切换时，系统把手动方式的当前输出值填入回路表中的MnMn栏，用来初始化输出值栏，用来初始化输出值MnMn，且进行，且进行一系列的操作，对回路表中的值进行设定：一系列的操作，对回路表中的值进行设定：置给定值置给定值SPnSPn = = 过程变量过程变量PVnPVn

7、置过程变量前值置过程变量前值PVn-1 PVn-1 过程变量当前值过程变量当前值PVnPVn置积分项前值置积分项前值MX MX 输出值输出值MnMPID指令的使用指令的使用 一、回路输入量的转换及归一化一、回路输入量的转换及归一化 LD SM0.1XORD AC0，AC0 /清累加器清累加器AC0ITD AIW0，AC0 /把整数转化为双整数把整数转化为双整数DTR AC0，AC0 /把双整数转化为实数把双整数转化为实数编写编写PIDPID程序时：程序时： 首先将工程实际值由首先将工程实际值由1616位整数（位整数（spsp、pvpv）转化为）转化为0.000.001.001.00之间的标准化

8、实数；之间的标准化实数； 其次，其次，PIDPID运算结束后，将回路输出的标准化实数转换为可以送给模拟量输出模块的整数。运算结束后，将回路输出的标准化实数转换为可以送给模拟量输出模块的整数。 对于不同的控制系统，对于不同的控制系统，spsp和和pvpv的大小、范围和工程单的大小、范围和工程单位都不同，故位都不同，故PIDPID指令在对这些量进行运算之前必须将其指令在对这些量进行运算之前必须将其转换成标准化的浮点数即实数即归一化处理转换成标准化的浮点数即实数即归一化处理 64000.0/R 64000.0，AC0 /AC0 /将将AC0AC0中的双极性模中的双极性模 / /拟量值进行归一化拟量值

9、进行归一化+R 0.5+R 0.5，AC0 /AC0 /OFFsetOFFset处理（双极性时）处理（双极性时）MOVD AC0MOVD AC0，VD200 /VD200 /将归一化结果存入将归一化结果存入 /TABLE /TABLE中（设中（设TABLETABLE表地址为表地址为VB200VB200）/NRPsetRRSOFF将实数格式的工程实际值转化为将实数格式的工程实际值转化为0.00.0，1.01.0之间的无量纲相对值，之间的无量纲相对值，用下式来完成这一过程用下式来完成这一过程 ：R RN N为工程实际值的归一化值；为工程实际值的归一化值；R RR R为工程实际值的实数形式值，未归一

10、化处理。为工程实际值的实数形式值，未归一化处理。标准化实数又分为双极性（围绕标准化实数又分为双极性（围绕0.50.5上下变化）和单极性（以上下变化）和单极性（以0.00.0为起点在为起点在0.00.0和和1.01.0之间的范围内变化）两种之间的范围内变化）两种: : 对于双极性，对于双极性，OFFsetOFFset为为0.50.5； 对于单极性，对于单极性，OFFsetOFFset为为0 0，S SP P表示值域的大小，通常单极性时取表示值域的大小，通常单极性时取3200032000，双极性时取，双极性时取6400064000。 二、回路控制输出转换为按工程量标定的整数值二、回路控制输出转换为

11、按工程量标定的整数值SnsetPRMOFFS其中：其中：R RS:S:为已按工程量标定的实数格式的回路输出；为已按工程量标定的实数格式的回路输出； M Mn n: :为归一化实数格式的回路输出为归一化实数格式的回路输出 将回路输出转换为按工程量标定整数值的公式为：将回路输出转换为按工程量标定整数值的公式为： /将将AC0AC0中的值按工程量标定中的值按工程量标定 /将实数转化为将实数转化为3232位双整数位双整数 /双整数转换为整数双整数转换为整数 /把整数值送到到模拟量输出把整数值送到到模拟量输出/通道（设为通道（设为AQW0AQW0）将回将回路输路输出转出转换为换为按工按工程量程量标定标定

12、的实的实数格数格式式 将已标将已标定的实定的实数格式数格式的回路的回路输出转输出转化为化为1616位位的整数的整数格式，格式，并输出并输出 选择选择PID回路类型回路类型 在大部分模拟量的控制中，使用的回路控制类型并不是比例、积分和微分三者俱全。例在大部分模拟量的控制中，使用的回路控制类型并不是比例、积分和微分三者俱全。例如，只需要比例回路或只需要比例积分回路。通过对常量参数的设置，可以关闭不需要的如，只需要比例回路或只需要比例积分回路。通过对常量参数的设置，可以关闭不需要的控制类型。控制类型。关闭积分回路：把积分时间关闭积分回路：把积分时间TITI设置为无穷大，此时虽然由于有初值设置为无穷大

13、，此时虽然由于有初值MxMx使积分项不为零，使积分项不为零，但积分作用可以忽略。但积分作用可以忽略。关闭微分回路：把微分时间关闭微分回路：把微分时间TdTd设置为设置为0 0，微分作用即可关闭。，微分作用即可关闭。关闭比例回路：把比例增益关闭比例回路：把比例增益KcKc设置为设置为0 0，则只保留积分和微分项。但是积分项和微分项与，则只保留积分和微分项。但是积分项和微分项与KcKc有关系，因此约定，此时用于积分项和微分项的增益为有关系，因此约定，此时用于积分项和微分项的增益为1 1。实际工作中，使用最多的是实际工作中，使用最多的是PIPI调节器。调节器。PID指令应用举例：恒压供水系统指令应用

14、举例：恒压供水系统 该系统需要保持压力恒定该系统需要保持压力恒定( (P=P=pghpgh，故，故P P与与H H成正比，成正比，可可通过检测液位来控制压力通过检测液位来控制压力) )，水以，水以变化的速率不断地从水储罐取出，这就需要有一个泵以不同的速度给储罐供水，以维持压力变化的速率不断地从水储罐取出，这就需要有一个泵以不同的速度给储罐供水，以维持压力不变，并防止罐空。不变，并防止罐空。手动控制水泵速度直至水罐注满手动控制水泵速度直至水罐注满75%75%( (SPSP) )，然后阀门打开，使水从水罐中排出。同时，水泵从，然后阀门打开，使水从水罐中排出。同时，水泵从手动控制模式转换为自动控制模

15、式。将使用数字输入实现从手动至自动的转换。手动控制模式转换为自动控制模式。将使用数字输入实现从手动至自动的转换。过程变量（过程变量（PVPV）由浮点型测量变送器提供储罐充满程度的相同读数，可以）由浮点型测量变送器提供储罐充满程度的相同读数，可以0%0%到到100%100%（全满）之（全满）之 间变化间变化输出是泵速的数值，允许泵从最大速度的输出是泵速的数值，允许泵从最大速度的0%0%到到100%100%运行。运行。给定值可以预先设定后直接输入到回路表中，过程变量值是来自水位表的单极性模拟量，回路给定值可以预先设定后直接输入到回路表中，过程变量值是来自水位表的单极性模拟量，回路 输出值也是单极性

16、模拟量用来控制进水泵速度这两个模拟量的范围是输出值也是单极性模拟量用来控制进水泵速度这两个模拟量的范围是0.0-1.00.0-1.0，分辨率，分辨率 为为1/32000(1/32000(标准化标准化) )。本系统中：只使用比例和积分控制，其回路增益和积分时间可以通。本系统中：只使用比例和积分控制，其回路增益和积分时间可以通 过工程计算初步确定，但还需要进一步调整已达到最优控制效果。过工程计算初步确定，但还需要进一步调整已达到最优控制效果。初步确定的增益和积分时间为：初步确定的增益和积分时间为： KC KC 为为0.250.25；TS TS 为为0.10.1秒；秒；TI TI 为为3030分钟；

17、分钟；I0.0I0.0是手自动控制：是手自动控制：0 0代表手动，代表手动，1 1代表自动代表自动 手动控制模式时：操作员将水泵速度写入手动控制模式时：操作员将水泵速度写入VD108VD108，此为，此为0.0 0.0 至至1.01.0之间的实数。之间的实数。恒压供水系统程序：恒压供水系统程序： / / 主程序主程序 /子程序（子程序（SBR-0SBR-0）P192P192回路表回路表 / / 载入循环给定值载入循环给定值75%75%/ / 比例增益比例增益K KC C = 0.25 = 0.25/ / 采样时间采样时间T TS S = 0.1 = 0.1秒秒/ / 积分时间积分时间T TI

18、I = 30 = 30分钟分钟/ / 设置无微分计算设置无微分计算/ / 为定时中断为定时中断INT_0:100msINT_0:100ms/ / 设置定时中断设置定时中断/激活激活 0子程序（子程序（INT-0INT-0） / / 将整数数值转换为双整数将整数数值转换为双整数 / / 将双整数转换为实数将双整数转换为实数 / / 将数值归一化将数值归一化 /将归一化将归一化 PVPV存入循环表存入循环表 / / 将输出将输出M Mn n标度为整数标度为整数 / / 取整取整 / / 将实数转化为整数将实数转化为整数/将双整数转换为整数将双整数转换为整数 / / 将数值输出将数值输出 /I0.0=1/I0.0=1时泵由手动切换时泵由手动切换 到自动模式到自动模式 为减少编写为减少编写PIDPID控制程序的难度，控制程序的难度，S7-200S7-200编程软件设置了编程软件设置了PIDPID指令向导，方法：指令向导，方法：1 1、指令树、指令树/ /向导向导/PID/PID图标；图标；2 2、工具、工具/ /指令向导指令向导. .在其对话框中选择在其对话框中选择PIDPID并设置相关