西门子S7-1200/1500PLC中深度解析PID(1)

显示全部楼层 · 2024-5-7 08:17:43

一、S7-1200/1500 PID概述

（1）什么是 PID？

PID 功能用于对闭环过程进行控制。

PID 控制适用于温度，压力，流量等物理量，是工业现场中应用最为广泛的一种控制方式。

PID 控制原理是：对被控对象设定一个给定值，然后将实际值测量出来，并与给定值比较，将其差值送入 PID 控制器，PID 控制器按照一定的运算规律，计算出结果，即为输出值，送到执行器进行调节，其中的 P,I,D 指的是比例(P)，积分(I)，微分(D)，是一种闭环控制算法。通过这些参数，可以使被控对象追随给定值变化并使系统达到稳定，自动消除各种干扰对控制过程的影响(见下图）。

（2）PID 含义解释

P:比例（proportion）对输入与反馈值偏差进行比例调节控制，调节情况要根据 P 参数确定，太大会造成震荡，太小又会造成调节太慢，由于没有误差时输出为零，因此比例调节不可能完全消除误差，不可能使被控的 PV 值达到给定值，这里就需要加积分控制。（设定范围：P=0%-100%）

I: 积分（integral）对某一恒定的误差进行积分，令其积分“I”秒后，达到 SV 值， I 就定义为积分时间。但由于实际系统是有惯性的，输出变化后，PV 值不会马上变化，须等待一段时间才缓慢变化，因此积分的快慢必须与实际系统的惯性相匹配，惯性大、积分作用就应该弱，积分时间 I 就应该大些，反之而然。比如：积分时间设为 1 秒，则输出变化 100%所需时间为 1 秒。积分单位为秒 S。

D:微分（derivative）单位为秒 S，比例作用和积分作用是事后调节(即发生误差后才进行调节)，而微分作用则是事前预防控制，即一发现 PV 有变大或变小的趋势，马上就输出一个阻止其变化的控制信号，以防止出现过冲或超调等,D 只能作为辅助调节作用。

1.输入设定值 r（t）（INPUT)：

如：0.0-100.0℃；0.0-10.0Mpa；0.0-80.0L/Min 等等

2.输出控制实际值 u（t）（OUTPUT)：

如：0-10VDC; Q0.1; 0-100等等

3.输出反馈实际值 y（t）（OUTPUT)：

如：0.0-100.0℃；0.0-10.0Mpa；0-10VDC 等等；

（3）PID 图解

比例作用，积分作用和微分作用的定位关系是：

1.比例作用是主要调节作用，起主导作用。

2.积分作用是辅助调节作用；

PID 应用说明：

1.在以前，由于电子技术没有现在发达，所以 PLC、仪表等的 PID 功能较弱，很多时候PID

参数是由工程师按照经验调试出来的。

2.现在几乎所有 PLC、智能控制仪表等均有良好的 PID 自整定与优化功能，几乎不用人工参与，

而却速度非常快，效果也非常好，SIEMENS S7-1200/1500PLC 也有较好的 PID 应用功能。

（4）一些 PID 专业术语的含义说明

■ 过程值：就是当前实际值（传感器变送输出的模拟量信号接入 PLC 模块后的标定值

如：0.0-100.0；如果是通讯数据，则是通过程序转换后得到与实际过程值一致的数据，

如：0.0-100.0），过程值一般就是指标定值。

■ 输出值：就是PLC 通过PID 运算后输出的一个百分数值（0.0%-100%),不会超过 100%，

这个值由 PID 调节器控制。

■ 过程值限值：就是过程值最大/最小允许的值，这个值最大值大于标定最大过程值，最小

值小于最小标定过程值，超过就会触发 PID 控制器报警错误（代码w#16#001）

■ 过程值监视：这个值大于过程值最小值，小于过程值最大值这个值主要起到中间报警作用，就是

提醒作用，有开关量输出功能。

■ PID 控制器数据：所有 PID 数据均可在 PID 工艺对象数据块里面找到。

（5）其他：

1.PID_Compact 功能指令通过实际测试，证明完全可以控制温度、压力等信号，在温度迟滞性非常大的情况下测试证实：精度为 1.16%，基本能够满足大部分应用环境需要。

2.循环中断时间为添加循环中断后对指定两次中断的间隔时间，PID 控制器采样时间：

sRet.r_Ctrl_Cycle 是控制器两次计算之间的间隔时间。PID 控制器的采样时间是循环中断时间的整数倍。若用户使能自整定择系统会自动计算 sRet.r_Ctrl_Cycle 参数，若用户使用手动方式设定，则一定要注意此参数为循环中断时间的整数倍。

以上内容来源网络。

西门子S7-1200/1500PLC中深度解析PID(1)

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