S7-300程序设计方法(模拟量控制)课件

第7章S7-300程序设计方法

（模拟量控制）第7章S7-300程序设计方法

（模拟量控制）7.1S7-300的程序结构7.2系统设计的原则7.3系统设计的内容7.4程序设计的方法与过程7.5开关量控制系统的设计7.6关于模拟量I/O模块7.7模拟量控制系统的设计7.8关于乒乓控制7.9关于PID控制7.1S7-300的程序结构

7.6关于模拟量I/O模块

生产过程物理量标准的模拟信号传感器变送器•压力•

温度•

流量•

速度•

pH值•

粘性•

等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模拟量输出模块MR模块ADC结果存储器PIW...PIW...:::PIW...模拟量输入模块CPU::::::LPIW304TPQW320:模拟执行器

物理量......................................量程卡

7.6关于模拟量I/O模块

生产过程物理量标准的模拟1量程卡1量程卡2S7-300模拟量模块的寻址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(发送)槽口号 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430机架1R0电源模块IM(接收)

电源模块CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638机架2IM(接收)

电源模块机架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

电源模块2S7-300模拟量模块的寻址IM256336352363模拟量模块SM335(输入)3模拟量模块SM335(输入)4模拟模块SM335(输出)4模拟模块SM335(输出)5模拟输入模块SM3315模拟输入模块SM3316模拟量的表达方式和测量值的分辨率20212223242526272829210211212213214VZ16进制.位值十进制0123456789101112131415位的序号单位位的分辨率+符号111***************15*=0或18000000001128********8402010840000000000000000000002164132116181412*********************************************************************910111213146模拟量的表达方式和测量值的分辨率202122232427在不同测量范围下模拟量的表达方式范围超上限超上界额定范围超下界超下限测量范围±10V电压例如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

:-7.5-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76单位3276732511:

276492764820736

:-20736-27648-27649:

-32512-32768测量范围4..20mA电流例如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845单位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768测量范围-200...+850ºC温度例如

Pt100单位3276710000:

85018500:

::-2000-2001:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1测量范围0...300Ohm电阻例如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允许负值单位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-48647在不同测量范围下模拟量的表达方式范围超上限超上界额定范围8模拟输入量的规范化(可随模块带的软件块FC105)500,00,00276488模拟输入量的规范化(可随模块带的软件块FC105)59模拟量输出的规范化(可随模块带的软件块FC106)2764800,0100,09模拟量输出的规范化(可随模块带的软件块FC106)210模拟输出量的表达形式范围超上限超上界额定范围超下界超下限单位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

输出范围：电压011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00输出范围：

电流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

0010模拟输出量的表达形式范围超上限超上界额定范围超下界超下11配置模拟量模块SM33511配置模拟量模块SM33512

配置模拟量模块SM33112配置模拟量模块SM33113结构化的极限监视功能(可随模块带的软件块FB120)FB120ACTVHLLLHYSQHQLLIMIT模拟变量的实际值HLLLHYSHYSQHQLt功能

符号LO_LIMHI_LIM13结构化的极限监视功能(可随模块带的软件块FB1207.7模拟量控制系统的设计1.关于模拟量控制系统模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。闭环控制根据其设定值的不同，又可分为调节系统和随动系统两种。调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出，控制器的作用就是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被控制对象给出的，控制器的作用就是使控制目标不断地向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。

模拟量控制系统设计中应该注意抗干扰问题。解决干扰的办法有4个。其一是接地问题。这里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。这里所说的接地就是接大地。其二是模拟信号线的屏蔽向题，屏蔽线的始端和终端都要接地。信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施。其三是对某些高频信号要解决匹配问题。如果不匹配很容易在信号传送中引进干扰，使信息失真。其四是对信号进行滤波。7.7模拟量控制系统的设计2.模拟量控制系统设计举例

（1）搅拌控制系统线性程序设计（S7-PRO111）•初始状态及操作工艺

…•硬件设计

…•软件系统结构2.模拟量控制系统设计举例•OB1块•OB1块OB1续OB1续OB1续OB1续OB1续OB1续•OB100块•OB100块•系统仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF•系统仿真（3）结构化软件设计（S7-PRO112）•系统结构•OB1块（3）结构化软件设计（S7-PRO112）•OB1续•OB1续•OB1续•OB1续•OB1续•OB1续•FB1•FC1•FB1•FC2•FC2•OB100•OB100•DB1•DB2•DB1•系统仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF•系统仿真7.8关于乒乓控制1乒乓控制算法2乒乓控制算法的实现（S7_PRO113）•FC1块7.8关于乒乓控制FC1续FC1续•DB1块•OB1块•DB1块•仿真检测值小于低限，输出为ON。检测值大于低限，输出为OFF。•仿真检测值小于低限，输出为ON。7.9关于PID控制1闭环PID控制

PID控制器管理输出数值，以便将偏差(e)为零，使系统达到稳定状态。偏差是给定值（SP）和过程变量（PV）的差。

7.9关于PID控制2PID算法

PID控制原则以下列公式为基础，其中将输出M(t)表示成比例项、积分项和微分项的函数：

其中

M(t)为PID运算的输出，是时间的函数

Kp为

PID回路的比例系数

Ki为

PID回路的积分系数

Kd为PID回路的微分系数

e为PID回路的偏差（给定值和过程变量之差）

Minital为PID回路输出的初始值2PID算法

为了在数字计算机内运行此控制函数，必须将连续函数化成为偏差值的间断采样。数字计算机使用下列相应公式为基础的离散化PID运算模型。

其中:Mn

为采样时刻n的PID运算输出值

Kp为

PID回路的比例系数

Ki为

PID回路的积分系数

Kd为PID回路的微分系数

en为采样时刻n的PID回路的偏差

en-1为采样时刻n-1的PID回路的偏差

el

为采样时刻l的PID回路的偏差

Minital为PID回路输出的初始值为了在数字计算机内运行此控制函数，必须将连续函数化成为偏

在此公式中，第一项叫做比例项，第二项由两项的和构成，叫积分项，最后一项叫微分项。比例项是当前采样的函数，积分项是从第一采样至当前采样的函数，微分项是当前采样及前一采样的函数。在数字计算机内，这里既不可能也没有必要存储全部偏差项的采样。因为从第一采样开始，每次对偏差采样时都必须计算其输出数值，因此，只需要存储前一次的偏差值及前一次的积分项数值。利用计算机处理的重复性，可对上述计算公式进行简化。简化后的公式为：其中:Mn

为采样时刻n的PID运算输出值

Kp为

PID回路的比例系数

Ki为

PID回路的积分系数

Kd为PID回路的微分系数

en为采样时刻n的PID回路的偏差

en-1为采样时刻n-1的PID回路的偏差

MX

为积分项前值在此公式中，第一项叫做比例项，第二项由两项的和构成，叫积•

计算回路输出值

CPU实际使用对上述简化公式略微修改的格式。修改后的公式为：

其中:Mn

为采样时刻n的回路输出计算值

MPn为采样时刻n的回路输出比例项

MIn为采样时刻n的回路输出积分项

MDn为采样时刻n的回路输出微分项•

比例项比例项MP是PID回路的比例系数(Kp)及偏差(e)的乘积，为了方便计算取Kp=Kc。CPU采用的计算比例项的公式为：

其中:MPn

为采样时刻n的输出比例项的值

Kc

为回路的增益

SPn

为采样时刻n的设定值

PVn

为采样时刻n的过程变量值•计算回路输出值•

积分项积分项MI与偏差和成比例。为了方便计算取。CPU采用的积分项公式为：

其中:MIn为

采用时刻n的输出积分项的值

Kc为回路的增益

Ts

为采样的时间间隔

Ti

为积分时间

SPn

为采样时刻n的设定值

PVn

为采样时刻n的过程变量值

MX为采样时刻n-1的积分项(又称为积分前项)

积分项(MX)是积分项全部先前数值的和。每次计算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被调整或被限定。MX的初值通常在第一次计算出输出之前被置为Minitai（初值）。其它几个常量也是积分项的一部分，如增益、采样时刻

(PID循环重新计算输出数值的循环时间)、以及积分时间(用于控制积分项对输出计算影响的时间)。

•积分项•

微分项微分项MD与偏差的改变成比例，方便计算取

。

计算微分项的公式为：

为了避免步骤改变或由于对设定值求导而带来的输出变化，对此公式进行修改，假定设定值为常量(SPn=SPn-1)，因此将计算过程变量的改变，而不计算偏差的改变，计算公式可以改进为：

其中：

MDn为

采用时刻n的输出微分项的值

Kc为回路的增益

Ts

为采样的时间间隔

Td

为微分时间

SPn

为采样时刻n的设定值

SPn-1

为采样时刻n-1的设定值

PVn

为采样时刻n的过程变量值

PVn-1

为采样时刻n-1的过程变量值•微分项•

回路控制的选择如果不需要积分运算(即在PID计算中不需要积分运算)，则应将积分时间(Ti)指定为无限大，由于积分和MX的初始值，即使没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。这时积分系数Ki=0.0如果不需要求导运算(即在PID计算中不需要微分运算)，则应将求导时间(Td)指定为零。这时微分系数Kd=0.0如果不需要比例运算(即在PID计算中不需要比例运算)，而需要积分(I)或积分微分(ID)控制，则应将回路增益数值(Kc)指定为0.0，这时比例系数Kp=0.0。因为回路增益(Kc)是计算积分及微分项公式内的系数，将回路增益设定为0.0，将影响积分及微分项的计算。因而，当回路增益取为0.0时，在PID算法中，系统自动地把在积分和微分运算中的回路增益取为1.0，此时

•回路控制的选择3PID算法的实现•运算框图3PID算法的实现•

PID控制软件（S7_Pro4）

OB1•PID控制软件（S7_Pro4）OB35OB35FB1FB1FB1续FB1续FB1续FB1续FB1续FB1续DB2DB2仿真：观察过程量PIW256的变化，PID输出控制PQW350的改变仿真：观察过程量PIW256的变化，PID输出控制P4PID控制模块（1）PID模块的工作原理4PID控制模块（2）PID模块•

FM355：4路闭环控制模块内含：4AI+8DI+4DI（2）PID模块FM355（续）：输入地址PIW256-257输出地址PQW256-257FM355（续）：FM355（续）：基本参数有无中断中断类型工作方式FM355（续）：（3）PID参数•比例项：名称数据类型默认值功能

P_SELBOOLTRUE比例项使能控制

GAINREAL2.0放大倍数•积分项：名称数据类型默认值功能

I_SELBOOLTRUE积分项使能控制

TITIMET#20S积分时间

INT_HOLDBOOLFALSE积分输出保持控制

I_ITL_ONBOOL-积分输出再输入允许

I_ITLVALREAL0.0积分初值•微分项：名称数据类型默认值功能

D_SELBOOLTRUE微分项使能控制

TDTIMET#10S微分时间

TM_LAGTIMET#2S微分滞后时间•过程参数…

…

…

（3）PID参数（4）模板初始化功能（SFC块）•SFC50：名称功能

WR_PARM将动态参数写入模板•SFC56：名称功能

WR_DPARM将预定参数写入模板•SFC57：名称功能

PARM_MOD赋模板的参数•SFC58名称功能

WR_REC写模板专用的数据记录•SFC59名称功能

RD_REC读模板专用的数据记录（5）模板初始化功能的调用例：调用SFC50CALL"RD_LGADR“

…

‘SFC50的形参（4）模板初始化功能（SFC块）（6）利用PID模块设计的过程（6）利用PID模块设计的过程5闭环控制系统功能块•系统功能块SFB41 用于连续控制SFB42 用于步进控制SFB43 用于脉冲宽度控制•SFB41~SFB43的调用 指令树￫LIBRARY￫STANDARDLIBRARY￫ SYSTEMFUNCTIONBLOCKS￫6闭环控制软件包•功能块

FB41 ､FB42､FB43与SF41､SF42､SF43兼容，用于PID控制。•FB41~FB43的调用

…￫STANDARDLIBRARY￫PIDCONTROLBLOCKS￫5闭环控制系统功能块•SFB41(连续控制）的输入参数参数名称数据类型地址说明默认值CON_RETBOOL0.0完全重新启动，为1小时执行初始化FALSECYCLETIME2采样时间，20MST#1SSP_INTREAL6内部设定值，100或物理值0.0PV_INREAL10过程变量输入0.0PVPER_ONBOOL0.2使用外围设备输入过程变量FALSEPV_PERWORD14外围设备输入的过程变量值16#0000PV_FACREAL48输入的过程变量系数1.0PV_OFFREAL52输入过程变量的偏移量0.0DEABD_WREAL36死区宽度，0.0或物理值0.0GAINREAL20比例增益2.0TITIME24积分时间，CYCLE

T#20STDTIME28微分时间T#10STM_LAGTIME32微分操作的延迟时间T#2S•SFB41(连续控制）的输入参数参数名称数据类型地址说•SFB41(连续控制）的输入参数（续）参数名称数据类型地址说明默认值P_SELBOOL0.3打开比例操作TRUEI_SELBOOL0.4打开积分操作TRUED_SELBOOL0.7打开微分操作TRUEI_ITLVALREAL64积分初值0.0I_ITL_ONBOOL0.6积分初化，为1时用I_ITLVALFALSEINT_HOLDBOOL0.5积分操作保持，为1时积分输出保持FALSEDISVREAL68扰动输入变量0.0MAN_ONBOOL0.1使手动值被置为操作值TRUEMANREAL16操作员输入的手动值，100或物理值0.0LMN_HLMREAL40输出上限，LMN_LLM~100%或物理值100.0LMN_LLMREAL44输出下限，-100%~LMN_HLM或物理值0.0LMN_FACREAL56控制器输出量的系数1.0LMN_OFFREAL60控制器输出量的偏移值0.0•SFB41(连续控制）的输入参数（续）参数名称数据类型•SFB41(连续控制）的输出参数具体控制时，需要把上述参数输入相应的数据块。•

连续控制软件包（FB41）的参数，也与上述参数相同。参数名称数据类型地址说明默认值PVREAL0.7格式化的过程变量输出0.0ERREAL64死区处理后的误差输出0.0LMN_PREAL0.6控制器输出值中的比例输出0.0LMN_IREAL0.5控制器输出值中的积分输出0.0LMN_DREAL68控制器输出值中的微分输出0.0QLMN_HLMBOOL40控制器输出超过上限FALSEQLMN_LLMBOOL44控制器输出小于下限FALSELMNREAL56控制器输出值0.0LMN_PERWORD60I/O，O/I格式的控制器输出值16#0000•SFB41(连续控制）的输出参数参数名称数据类型地址说第7章S7-300程序设计方法

（模拟量控制）第7章S7-300程序设计方法

（模拟量控制）7.1S7-300的程序结构7.2系统设计的原则7.3系统设计的内容7.4程序设计的方法与过程7.5开关量控制系统的设计7.6关于模拟量I/O模块7.7模拟量控制系统的设计7.8关于乒乓控制7.9关于PID控制7.1S7-300的程序结构

7.6关于模拟量I/O模块

生产过程物理量标准的模拟信号传感器变送器•压力•

温度•

流量•

速度•

pH值•

粘性•

等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模拟量输出模块MR模块ADC结果存储器PIW...PIW...:::PIW...模拟量输入模块CPU::::::LPIW304TPQW320:模拟执行器

物理量......................................量程卡

7.6关于模拟量I/O模块

生产过程物理量标准的模拟1量程卡1量程卡2S7-300模拟量模块的寻址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(发送)槽口号 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430机架1R0电源模块IM(接收)

电源模块CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638机架2IM(接收)

电源模块机架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

电源模块2S7-300模拟量模块的寻址IM256336352363模拟量模块SM335(输入)3模拟量模块SM335(输入)4模拟模块SM335(输出)4模拟模块SM335(输出)5模拟输入模块SM3315模拟输入模块SM3316模拟量的表达方式和测量值的分辨率20212223242526272829210211212213214VZ16进制.位值十进制0123456789101112131415位的序号单位位的分辨率+符号111***************15*=0或18000000001128********8402010840000000000000000000002164132116181412*********************************************************************910111213146模拟量的表达方式和测量值的分辨率202122232427在不同测量范围下模拟量的表达方式范围超上限超上界额定范围超下界超下限测量范围±10V电压例如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

:-7.5-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76单位3276732511:

276492764820736

:-20736-27648-27649:

-32512-32768测量范围4..20mA电流例如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845单位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768测量范围-200...+850ºC温度例如

Pt100单位3276710000:

85018500:

::-2000-2001:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1测量范围0...300Ohm电阻例如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允许负值单位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-48647在不同测量范围下模拟量的表达方式范围超上限超上界额定范围8模拟输入量的规范化(可随模块带的软件块FC105)500,00,00276488模拟输入量的规范化(可随模块带的软件块FC105)59模拟量输出的规范化(可随模块带的软件块FC106)2764800,0100,09模拟量输出的规范化(可随模块带的软件块FC106)210模拟输出量的表达形式范围超上限超上界额定范围超下界超下限单位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

输出范围：电压011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00输出范围：

电流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

0010模拟输出量的表达形式范围超上限超上界额定范围超下界超下11配置模拟量模块SM33511配置模拟量模块SM33512

配置模拟量模块SM33112配置模拟量模块SM33113结构化的极限监视功能(可随模块带的软件块FB120)FB120ACTVHLLLHYSQHQLLIMIT模拟变量的实际值HLLLHYSHYSQHQLt功能

符号LO_LIMHI_LIM13结构化的极限监视功能(可随模块带的软件块FB1207.7模拟量控制系统的设计1.关于模拟量控制系统模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。闭环控制根据其设定值的不同，又可分为调节系统和随动系统两种。调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出，控制器的作用就是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被控制对象给出的，控制器的作用就是使控制目标不断地向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。

模拟量控制系统设计中应该注意抗干扰问题。解决干扰的办法有4个。其一是接地问题。这里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。这里所说的接地就是接大地。其二是模拟信号线的屏蔽向题，屏蔽线的始端和终端都要接地。信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施。其三是对某些高频信号要解决匹配问题。如果不匹配很容易在信号传送中引进干扰，使信息失真。其四是对信号进行滤波。7.7模拟量控制系统的设计2.模拟量控制系统设计举例

（1）搅拌控制系统线性程序设计（S7-PRO111）•初始状态及操作工艺

…•硬件设计

…•软件系统结构2.模拟量控制系统设计举例•OB1块•OB1块OB1续OB1续OB1续OB1续OB1续OB1续•OB100块•OB100块•系统仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF•系统仿真（3）结构化软件设计（S7-PRO112）•系统结构•OB1块（3）结构化软件设计（S7-PRO112）•OB1续•OB1续•OB1续•OB1续•OB1续•OB1续•FB1•FC1•FB1•FC2•FC2•OB100•OB100•DB1•DB2•DB1•系统仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF•系统仿真7.8关于乒乓控制1乒乓控制算法2乒乓控制算法的实现（S7_PRO113）•FC1块7.8关于乒乓控制FC1续FC1续•DB1块•OB1块•DB1块•仿真检测值小于低限，输出为ON。检测值大于低限，输出为OFF。•仿真检测值小于低限，输出为ON。7.9关于PID控制1闭环PID控制

PID控制器管理输出数值，以便将偏差(e)为零，使系统达到稳定状态。偏差是给定值（SP）和过程变量（PV）的差。

7.9关于PID控制2PID算法

PID控制原则以下列公式为基础，其中将输出M(t)表示成比例项、积分项和微分项的函数：

其中

M(t)为PID运算的输出，是时间的函数

Kp为

PID回路的比例系数

Ki为

PID回路的积分系数

Kd为PID回路的微分系数

e为PID回路的偏差（给定值和过程变量之差）

Minital为PID回路输出的初始值2PID算法

为了在数字计算机内运行此控制函数，必须将连续函数化成为偏差值的间断采样。数字计算机使用下列相应公式为基础的离散化PID运算模型。

其中:Mn

为采样时刻n的PID运算输出值

Kp为

PID回路的比例系数

Ki为

PID回路的积分系数

Kd为PID回路的微分系数

en为采样时刻n的PID回路的偏差

en-1为采样时刻n-1的PID回路的偏差

el

为采样时刻l的PID回路的偏差

Minital为PID回路输出的初始值为了在数字计算机内运行此控制函数，必须将连续函数化成为偏

在此公式中，第一项叫做比例项，第二项由两项的和构成，叫积分项，最后一项叫微分项。比例项是当前采样的函数，积分项是从第一采样至当前采样的函数，微分项是当前采样及前一采样的函数。在数字计算机内，这里既不可能也没有必要存储全部偏差项的采样。因为从第一采样开始，每次对偏差采样时都必须计算其输出数值，因此，只需要存储前一次的偏差值及前一次的积分项数值。利用计算机处理的重复性，可对上述计算公式进行简化。简化后的公式为：其中:Mn

为采样时刻n的PID运算输出值

Kp为

PID回路的比例系数

Ki为

PID回路的积分系数

Kd为PID回路的微分系数

en为采样时刻n的PID回路的偏差

en-1为采样时刻n-1的PID回路的偏差

MX

为积分项前值在此公式中，第一项叫做比例项，第二项由两项的和构成，叫积•

计算回路输出值

CPU实际使用对上述简化公式略微修改的格式。修改后的公式为：

其中:Mn

为采样时刻n的回路输出计算值

MPn为采样时刻n的回路输出比例项

MIn为采样时刻n的回路输出积分项

MDn为采样时刻n的回路输出微分项•

比例项比例项MP是PID回路的比例系数(Kp)及偏差(e)的乘积，为了方便计算取Kp=Kc。CPU采用的计算比例项的公式为：

其中:MPn

为采样时刻n的输出比例项的值

Kc

为回路的增益

SPn

为采样时刻n的设定值

PVn

为采样时刻n的过程变量值•计算回路输出值•

积分项积分项MI与偏差和成比例。为了方便计算取。CPU采用的积分项公式为：

其中:MIn为

采用时刻n的输出积分项的值

Kc为回路的增益

Ts

为采样的时间间隔

Ti

为积分时间

SPn

为采样时刻n的设定值

PVn

为采样时刻n的过程变量值

MX为采样时刻n-1的积分项(又称为积分前项)

积分项(MX)是积分项全部先前数值的和。每次计算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被调整或被限定。MX的初值通常在第一次计算出输出之前被置为Minitai（初值）。其它几个常量也是积分项的一部分，如增益、采样时刻

(PID循环重新计算输出数值的循环时间)、以及积分时间(用于控制积分项对输出计算影响的时间)。

•积分项•

微分项微分项MD与偏差的改变成比例，方便计算取

。

计算微分项的公式为：

为了避免步骤改变或由于对设定值求导而带来的输出变化，对此公式进行修改，假定设定值为常量(SPn=SPn-1)，因此将计算过程变量的改变，而不计算偏差的改变，计算公式可以改进为：

其中：

MDn为

采用时刻n的输出微分项的值

Kc为回路的增益

Ts

为采样的时间间隔

Td

为微分时间

SPn

为采样时刻n的设定值

SPn-1

为采样时刻n-1的设定值

PVn

为采样时刻n的过程变量值

PVn-1

为采样时刻n-1的过程变量值•微分项•

回路控制的选择如果不需要积分运算(即在PID计算中不需要积分运算)，则应将积分时间(Ti)指定为无限大，由于积分和MX的初始值，即使没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。这时积分系数Ki=0.0如果不需要求导运算(即在PID计算中不需要微分运算)，则应将求导时间(Td)指定为零。这时微分系数Kd=0.0如果不需要比例运算(即在PID计算中不需要比例运算)，而需要积分(I)或积分微分(ID)控制，则应将回路增益数值(Kc)指定为0.0，这时比例系数Kp=0.0。因为回路增益(Kc)是计算积分及微分项公式内的系数，将回路增益设定为0.0，将影响积分及微分项的计算。因而，当回路增益取为0.0时，在PID算法中，系统自动地把在积分和微分运算中的回路增益取为1.0，此时

•回路控制的选择3PID算法的实现•运算框图3PID算法的实现•

PID控制软件（S7_Pro4）

OB1•PID控制软件（S7_Pro4）OB35OB35FB1FB1FB1续FB1续FB1续FB1续FB1续FB1续DB2DB2仿真：观察过程量PIW256的变化，PID输出控制PQW350的改变仿真：观察过程量PIW256的变化，PID输出控制P4PID控制模块（1）PID模块的工作原理4PID控制模块（2）PID模块•

FM355：4路闭环控制模块内含：4AI+8DI+4DI（2）PID模块FM355（续）：输入地址PIW256-257输出地址PQW256-257FM355（续）：FM355（续）：基本参数有无中断中断类型工作方式FM355（续）：（3）PID参数•比例项：名称数据类型默认值功能

P_SELBOOLTRUE比例项使能控制

GAINREAL2.0放大倍数•积分项：名称数据类型默认值功能

I_SELBOOLTRUE积分项使能控制

TITIMET#20S积分时间

INT_HOLDBOOLFALSE积分输出保持控制

I_ITL_ONBOOL-积分输出再输入允许

I_ITLVALREAL0.0积分初值•微分项：名称数据类型默认值功能

D_SELBOOLTRUE微分项使能控制