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

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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。


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。
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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