西门子 S7-1200 系列二十五:s7-1200 PID控制使用详解(中)--PID_Com...

显示全部楼层 · 2024-8-25 08:54:12

一	S7-1200 PID Compact V2 指令介绍

PID 指令块的参数分为两部分，输入参数与输出参数。其指令块的视图分为扩展视图与集成视图，在不同的视图下所能看见的参数是不一样的，在集成视图中可看到的参数为最基本的默认参数，如给定值，反馈值，输出值等。定义这些参数可实现控制器最基本的控制功能，而在扩展视图中，可看到更多的相关参数，如手自动切换，模式切换等，使用这些参数可使控制器具有更丰富的功能。

二	PID Compact 输入输出参数介绍

PID_Compact V2 的输入参数包括 PID 的设定值，过程值，手自动切换，故障确认，模式切换和 PID 重启参数，如下所示：

参数	数据类型	说明
Setpoint	REAL	PID 控制器在自动模式下的设定值
Input	REAL	PID 控制器的反馈值（工程量）
Input_PER	INT	PID 控制器的反馈值（模拟量）
Disturbance	REAL	扰动变量或预控制值。
ManualEnable	BOOL	出现 FALSE -> TRUE 上升沿时会激活“手动模式”，与当前 Mode 的数值无关。当 ManualEnable = TRUE，无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。出现 TRUE -> FALSE 下降沿时会激活由 Mode 指定的工作模式。
ManualValue	REAL	用作手动模式下的 PID 输出值，须满足 Config.OutputLowerLimit < ManualValue < Config.OutputUpperLimit 。
ErrorAck	BOOL	FALSE -> TRUE 上升沿时，错误确认，清除已经离开的错误信息。
Reset	BOOL	重新启动控制器： FALSE -> TRUE 上升沿，切换到“未激活”模式，同时复位 ErrorBits 和 Warnings，清除积分作用（保留 PID 参数）。只要 Reset = TRUE，PID_Compact 便会保持在“未激活”模式下 (State = 0)。 TRUE -> FALSE 下降沿，PID_Compact 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。
ModeActivate	BOOL	FALSE -> TRUE 上升沿，PID_Compact 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。

注意：如果使用 Reset 复位错误会重启 PID 控制器，建议使用 ErrorAck 来复位错误代码。

PID_Compact V2 的输出参数包括 PID 的输出值（REAL、模拟量、PWM），标定的过程值，限位报警（设定值、过程值），PID 的当前工作模式，错误状态及错误代码，如下所示：

参数	数据类型	说明
ScaledInput	REAL	标定的过程值
Output	REAL	PID 的输出值（REAL 形式）
Output_PER	INT	PID 的输出值（模拟量）
Output_PWM	BOOL	PID 的输出值（脉宽调制）
SetpointLimit_H	BOOL	如果 SetpointLimit_H = TRUE，则说明达到了设定值的绝对上限 (Setpoint ≥ Config.SetpointUpperLimit)。
SetpointLimit_L	BOOL	如果 SetpointLimit_L = TRUE，则说明已达到设定值的绝对下限 (Setpoint ≤ Config.SetpointLowerLimit)。
InputWarning_H	BOOL	如果 InputWarning_H = TRUE，则说明过程值已达到或超出警告上限。
InputWarning_L	BOOL	如果 InputWarning_L = TRUE，则说明过程值已达到或低于警告下限。
State	INT	State 参数显示了 PID 控制器的当前工作模式。可使用输入参数 Mode 和 ModeActivate 处的上升沿更改工作模式: State = 0：未激活 State = 1：预调节 State = 2：精确调节 State = 3：自动模式 State = 4：手动模式 State = 5：带错误监视的替代输出值
Error	BOOL	如果 Error = TRUE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。
ErrorBits	DWORD	ErrorBits 参数显示了处于未决状态的错误消息。通过 Reset 或 ErrorAck 的上升沿来保持并复位 ErrorBits。

注意：

1. 若 PID 控制器未正常工作，请先检查 PID 的输出状态 State 来判断 PID 的当前工作模式，并检查错误信息。

2.当错误出现时 Error=1，错误离开后 Error=0，ErrorBits 会保留错误信息。可通过编程清除错误离开后ErrorBits 保留的错误信息。

PID_Compact V2 的输入输出参数 Mode 指定了 PID_Compact 将转换到的工作模式，具有断电保持特性，由沿激活切换工作模式，如下表所示：

参数	数据类型	说明
Mode	INT	在 Mode 上，指定 PID_Compact 将转换到的工作模式: State = 0：未激活 State = 1：预调节 State = 2：精确调节 State = 3：自动模式 State = 4：手动模式工作模式由以下沿激活： ModeActivate 的上升沿 Reset 的下降沿 ManualEnable 的下降沿如果 RunModeByStartup = TRUE，则冷启动 CPU

注意：当 ManualEnable = TRUE，无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。

当PID出现错误时，通过捕捉 Error 的上升沿，将 ErrorBits 传送至全局地址，从而获得 PID 的错误信息，

错误代码（DW#16#----）	说明
0000	没有任何错误
0001	参数 “Input” 超出了过程值限值的范围，正常范围应为 Config.InputLowerLimit < Input < Config.InputUpperLimit 。
0002	参数 “Input_PER” 的值无效。请检查模拟量输入是否有处于未决状态的错误。
0004	精确调节期间出错。过程值无法保持振荡状态。
0008	预调节启动时出错。过程值过于接近设定值。启动精确调节。
0010	调节期间设定值发生更改。可在 CancelTuningLevel 变量中设置允许的设定值波动。
0020	精确调节期间不允许预调节。
0080	预调节期间出错。输出值限值的组态不正确，请检查输出值的限值是否已正确组态及其是否匹配控制逻辑。
0100	精确调节期间的错误导致生成无效参数。
0200	参数 “Input” 的值无效：值的数字格式无效。
0400	输出值计算失败。请检查 PID 参数。
0800	采样时间错误：循环中断 OB 的采样时间内没有调用 PID_Compact。
1000	参数 “Setpoint” 的值无效，值的数字格式无效。
10000	ManualValue 参数的值无效，值的数字格式无效。
20000	变量 SubstituteOutput 的值无效，值的数字格式无效。这时，PID_Compact 使用输出值下限作为输出值。
40000	Disturbance 参数的值无效，值的数字格式无效。

注意：如果多个错误同时处于待决状态，将通过二进制加法显示 ErrorBits 的值。例如，显示 ErrorBits = 0003h 表示错误 0001h 和 0002h 同时处于待决状态。

三	S7-1200 PID Compact V2 组态步骤

因为程序执行的扫描周期不相同，为保证以恒定的采样时间间隔执行 PID 指令，必须在循环 OB 中调用。使用 PID 功能，必须先添加循环中断，需要在循环中断中添加 PID_Compact  指令。在循环中断的属性中，可以修改其循环时间。组态步骤如下：

新建项目，并添加循环中断块，可根据实际需要调整循环中断时间(默认100ms，此处采用默认值)

在循环中断中调用PID_Compact指令，并指定背景数据块；

注：背景数据块在工艺对象中，包含组态和调试

对组态进行设置，分为基本设置、过程值设置、高级设置等部分；

基本设置中，选择控制器类型，为过程控制指定对象类型，单位，正作用，反作用及PID控制器模式；

a（1）. 为设定值、过程值和扰动变量选择物理量和测量单位。b（2）. 正作用：随着 PID 控制器的偏差增大，输出值增大。反作用：随着PID控制器的偏差增大，输出值减小。PID_Compact 反作用时，可以勾选“反转控制逻辑”；或者用负比例增益。c（3）. 要在 CPU  重启后切换到“模式”(Mode) 参数中保存的工作模式，请勾选“在 CPU 重启后激活模式”。

以压力控制为例，Mode为自动模式，配置如下：

定义 PID 过程值和输出值的内容，选择 PID_Compact 输入、输出变量的引脚和数据类型。（此处使用物理量实际输入，实际输出，不带PRE）

注：Input和Out可以根据实际输入选择PRE或者不带PRE；（PRE即将实际物理量进行线性转换，例如输入0-27648，输出0-27648,适用于直接作用于被控对象或输入传感器）

设置过程值上下限，必须满足过程值下限<过程值上限。如果过程值超出限值，就会出现错误 (ErrorBits = 0001h)。

设置过程值标定，由于Input/Output参数选择不带PRE，因此过程值标定为禁用状态，不需要设置；

a. 当且仅当在 Input/Output 中输入选择为 “Input_PER” 时，才可组态过程值标定。b.  如果过程值与模拟量输入值成正比，则将使用上下限值对来标定 Input_PER。c. 必须满足范围的下限<上限。

高级设置中，过程值监控，可设置过程值报警（监视）上下限值，过程值超过监视限值，会输出警告。过程值超过过程值限值，PID输出报错，切换工作模式。

高级设置中，PWM限制在实际应用中基本用不到，此处无需设置；

对输出值的限制进行设置；PID控制器输出将在输出限制内输出(即便手动设定PID输出超出限制，也将以限制进行输出)，限制设定范围-100%~100%，可根据实际需求进行设定；

在高级设置中设置对错误的响应；

根据错误代码来分析错误原因。根据组态界面所设置的“对错误的响应”，不同错误的响应状态也不一样，如下表所示：

非活动	错误待定时的当前值	错误未决时的替代输出值
0001H 0800H 40000H	对于所有错误，PID 均输出 0.0，Error=1，会切换到 “未激活”模式（State=0）。当错误离开后，可通过 Reset 的下降沿或者 ModeActive 的上升沿来切换工作模式。	自动模式下出现错误 PID Compact 仍保持自动模式（State=3），Error=1，输出错误发生前的最后一个有效值。错误离开后 Error=0、错误代码保留、PID_Compact 从自动模式开始运行。
0002H 0200H 0400H 1000H		/	自动模式下出现错误 PID Compact 切换到“带错误监视的替代输出值”模式（State=5），Error=1，输出组态的替换输出值。错误离开后 Error=0、错误代码保留、PID_Compact 从自动模式开始运行。
0004H 0008H 0010H 0080H 0100H		在调节过程中出现错误时，PID_Compact 取消调节模式，直接切换到Mode 参数中保存的工作模式运行。	/
0020H		精确调节期间无法再启动预调节，则 PID_Compact 的 Error=1、State 保持不变，即保持在精确调节模式。	/
10000H		手动模式下发生错误则继续使用手动值作为输出，Error=1、State 保持不变。	如果手动值无效（10000H）则输出组态的替换输出值。当 ManualValue 中指定有效值后，则 Error=0、PID_Compact 便会将其作为输出值。
20000H		/	自动模式下发生错误需要输出替代值时，如果替代输出值无效则 PID Compact 切换到“带错误监视的替代输出值”模式（State=5），并输出输出值的下限。错误离开后 PID_Compact 切换回自动模式。

a. 在 PID Compact V1 时，如果 PID 控制器出现错误，PID 会自动切换到“未激活”模式。在 PID_Compact V2 时，可以预先设置错误响应时 PID 的输出状态。以便在发生错误时，控制器在大多数情况下均可保持激活状态。b. 如果控制器频繁发生错误，建议检查 Errorbits 参数并消除错误原因。
在高级设置中手动输入PID参数，配置完成，即可进行调试；（实际应用中可先进行自整定调节，后再手动微调）

a. 在 PID Compact 组态界面可以修改 PID 参数，通过此处修改的参数对应工艺对象背景数据块 > Static > Retain > PID 参数。b. 通过组态界面修改参数需要重新下载组态并重启 PLC。建议直接对工艺对象背景数据块进行操作。

工艺对象背景数据块打开方式：

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