S7-200PLC编程及应用课件第八章

PLC在模拟量闭环控制中的应用PIDPLCEM232EM2311、PID—模拟控制系统中的PID控制器在闭环控制系统中广泛应用PID控制（即比例一积分一微分控制）。PID控制器调节回路输出。为使系统达到稳定状态，应让偏差e趋于零。偏差e是给定值SP和过程变量PV的差。回路的输出变量M（t）是时间t的函数。它可以看作是比例项、积分项、微分项三项之和。C（t）:PID回路的输出，是时间函数；

KC

:PID回路的增益；e:PID回路的偏差；M0:PID回路输出的初始值。

PLCEM232EM2311、PID—离散控制系统中的PID控制器离散化为：积分项是包括从第1个采样周期到当前采样周期的所有误差。计算中没有必要保存所有采样周期的误差项。只需保存积分项前值Mn即可。进一步化简为：比例项：积分项：

微分项：

微分用差分近似积分用求和近似模拟PID算法：2、PID控制指令TBL:是回路表的起始地址，操作数限用变量区V，类型B（VB）L00P:回路号，可以是0到7的整数（BYTE型）,故在程序中最多可以用8条PID指令。进行P1D运算的前提条件是逻辑堆栈栈顶（TOS）值必须为1。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），否则PID计算将相互干扰，输出将不可预知。PIDTBL,LOOP单回路控制系统结构图分析可知：每个PID只能有一个回路号（回路表中设置该PID的基本参数及输入输出参数）S7-200执行PID指令时为“自动”运行方式。不执行PID指令时为“手动”方式。PID指令有一个允许输入端（EN）。当该输入端检测到一个正跳变（从0到1）信号，PID回路就从手动方式无扰动地切换到自动方式。回路表长度36个字节（如图），增加了PID自整定后扩展到80个字节，P192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Mn栏，用来初始化输出值Mn，且进行一系列的操作，对回路表中的值进行设定：

置给定值SPn=过程变量PVn 置过程变量前值PVn-1＝过程变量当前值PVn 置积分项前值MX＝输出值MnPID指令的使用一、回路输入量的转换及归一化

LDSM0.1XORDAC0，AC0//清累加器AC0ITDAIW0，AC0//把整数转化为双整数DTRAC0，AC0//把双整数转化为实数编写PID程序时：首先将工程实际值由16位整数（sp、pv）转化为0.00～1.00之间的标准化实数；其次，PID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，sp和pv的大小、范围和工程单位都不同，故PID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/R64000.0，AC0//将AC0中的双极性模//拟量值进行归一化+R0.5，AC0//OFFset处理（双极性时）MOVDAC0，VD200//将归一化结果存入//TABLE中（设TABLE表地址为VB200）将实数格式的工程实际值转化为[0.0，1.0]之间的无量纲相对值，用下式来完成这一过程：RN为工程实际值的归一化值；RR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0.5上下变化）和单极性（以0.0为起点在0.0和1.0之间的范围内变化）两种:对于双极性，OFFset为0.5；对于单极性，OFFset为0，SP表示值域的大小，通常单极性时取32000，双极性时取64000。

二、回路控制输出转换为按工程量标定的整数值其中：RS:为已按工程量标定的实数格式的回路输出；

Mn: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：//将回路输出结果（设TABLE表//地址为VB200）放入AC0//双极性时减去0.5

//将AC0中的值按工程量标定

//将实数转化为32位双整数

//双整数转换为整数

//把整数值送到到模拟量输出//通道（设为AQW0）将回路输出转换为按工程量标定的实数格式

将已标定的实数格式的回路输出转化为16位的整数格式，并输出

选择PID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。关闭积分回路：把积分时间TI设置为无穷大，此时虽然由于有初值Mx使积分项不为零，但积分作用可以忽略。关闭微分回路：把微分时间Td设置为0，微分作用即可关闭。关闭比例回路：把比例增益Kc设置为0，则只保留积分和微分项。但是积分项和微分项与Kc有关系，因此约定，此时用于积分项和微分项的增益为1。实际工作中，使用最多的是PI调节器。PID指令应用举例：恒压供水系统该系统需要保持压力恒定(∵P=pgh，故P与H成正比，∴可通过检测液位来控制压力)，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，以维持压力不变，并防止罐空。手动控制水泵速度直至水罐注满75%(SP)，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式。将使用数字输入实现从手动至自动的转换。过程变量（PV）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%到100%（全满）之间变化输出是泵速的数值，允许泵从最大速度的0%到100%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0.0-1.0，分辨率为1/32000(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：KC为0.25；TS为0.1秒；TI为30分钟；I0.0是手／自动控制：0代表手动，1代表自动手动控制模式时：操作员将水泵速度写入VD108，此为0.0至1.0之间的实数。恒压供水系统程序：

//主程序

//子程序（SBR-0） P192回路表

//载入循环给定值75%//比例增益KC=0.25//采样时间TS=0.1秒//积分时间TI=30分钟//设置无微分计算//为定时中断INT_0:100ms//设置定时中断//激活//定时中断0子程序（INT-0）

//将整数数值转换为双整数

//将双整数转换为实数

//将数值归一化

//将归一化

PV存入循环表

//将输出Mn标度为整数

//取整

//将实数转化为整数//将双整数转换为整数

//将数值输出

//I0.0=1时泵由手动切换到自动模式

为减少编写PID控制程序的难度，S7-200编程软件设置了PID指令向导，方法：1、指令树/向导/PID图标；2、工具/指令向导.在其对话框中选择PID并设置相关内容。PID指令向导：一、改错Q1.0图aM9.9C256I0.0Q10.0T37I0.0I0.2ENIRCTUCUPVENINTENOATCHEVNTC4INT-013ENENONHSC7图cQ0.5I0.0M0.0Q0.0M9.9图b