西门子 S7-1200 系列二十四:s7-1200 PID控制使用详解(上)--指令...

一

PID功能说明

PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一种广泛应用于工业控制系统中的反馈回路控制器。它根据控制对象的当前状态和设定目标之间的偏差，通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个基本控制作用来调整控制输入，以达到消除偏差、稳定系统的目的。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控制器的设计灵感来源于人的直觉和经验。在日常生活中，我们通过观察、判断和行动来调整自身的行为，以达到预期的目标。PID控制器模拟了这一过程，通过不断测量系统的输出，与期望值进行比较，然后根据偏差来调整控制输入。

PID控制器的基本原理如下：

比例（Proportional, P）作用：比例作用是根据偏差的大小来调整控制输入的。偏差越大，控制作用越强。比例作用可以迅速减少偏差，但通常会留下一个稳态误差。积分（Integral, I）作用：积分作用是对过去的偏差进行累积，用来消除稳态误差。积分作用可以保证系统在达到设定目标后，输出稳定，不会出现波动。微分（Derivative, D）作用：微分作用是根据偏差的变化率来调整控制输入的。微分作用可以预测偏差的未来变化，提前做出调整，从而提高系统的稳定性和响应速度。

二	s7-1200 PID控制器

S7-1200  CPU提供了PID控制器回路数量受到CPU的工作内存及支持DB块数量限制。严格上说并没有限制具体数量，但实际应用推荐客户不要超过16路PID回路。可同时进行回路控制，用户可手动调试参数，也可使用自整定功能，提供了两种自整定方式由PID控制器自动调试参数。另外STEP7  Basic还提供了调试面板，用户可以直观的了解控制器及被控对象的状态。

PID控制器结构

PID控制器功能主要依靠三部分实现，循环中断块，PID指令块，工艺对象背景数据块。用户在调用PID指令块时需要定义其背景数据块，而此背景数据块需要在工艺对象中添加，称为工艺对象背景数据块。PID指令块与其相对应的的工艺对象背景数据块组合使用，形成完整的PID控制器。如下图所示：


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循环中断块可按一定周期产生中断，执行其中的程序。PID指令块定义了控制器的控制算法，随着循环中断块产生中断而周期性执行，其背景数据块用于定义输入输出参数，调试参数以及监控参数。此背景数据块并非普通数据块，需要在目录树视图的工艺对象中才能找到并定义。


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S7-1200 PID 功能有三条指令可供选择， 分别为 PID_Compact， PID_3Step， PID_Temp。可根据实际需求选择PID指令，选择方法如下图：


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随着s7-1200固件版本的升级，TIA Portal中PID控制器指令PID_Compact,PID_3Step,PID_Temp也在不断的升级迭代，因此PID控制指令存在多个版本，各版本与CPU固件版本兼容性不同，CPU处理时间和存储器要求也不同；


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三	PID_Compact 性能参数

PID_Compact 与 CPU 和 FW 的兼容性

CPU	FW	PID_Compact
S7-1200	V4.2 或更高版本	V2.3 V2.2 V1.2
	V4.0 到 V4.1	V2.2 V1.2
	V3.x	V1.2 V1.1
	V2.x	V1.2 V1.1
	V1.x	V1.0

PID_Compact V2.x 的 CPU 处理时

CPU	典型CPU 处理时间 (PID_Compact V2.x)
CPU 1211C ≥ V4.0	300 μs
CPU 1215C ≥ V4.0	300 μs
CPU 1217C ≥ V4.0	300 μs

PID_Compact V2.x 的 CPU 存储器要求

分类	PID_Compact V2.x   背景数据块的存储器要求
装载存储器要求	约 12000 个字节
总工作存储器要求	788 个字节
保持性工作存储器要求	44   个字节

四	PID_3Step 性能参数

PID_3Step 与 CPU 和 FW 的兼容性

CPU	FW	PID_3Step
S7-1200	V4.2 或更高版本	V2.3 V2.2 V1.1
	V4.0 到 V4.1	V2.2 V1.1
	V3.x	V1.1 V1.0
	V2.x	V1.1 V1.0
	V1.x	-

PID_3Step V2.x 的 CPU 处理时间

CPU	典型CPU 处理时间 (PID_3Step V2.x)
CPU 1211C ≥ V4.0	410 μs
CPU 1215C ≥ V4.0	410 μs
CPU 1217C ≥ V4.0	410 μs

PID_3Step V2.x 的 CPU 存储器要求

分类	PID_3Step V2.x   背景数据块的存储器要求
装载存储器要求	约 15000 个字节
总工作存储器要求	1040 个字节
保持性工作存储器要求	60   个字节

五	PID_Temp 性能参数

PID_Temp 与 CPU 和 FW 的兼容性

CPU	FW	PID_Temp
S7-1200	V4.2 或更高版本	V1.1 V1.0
	V4.1	V1.0

PID_Temp V1 的 CPU 处理时间

CPU	典型 CPU 处理时间 (PID_Temp V1)
CPU 1211C ≥ V4.1	580 μs
CPU 1215C ≥ V4.1	580 μs
CPU 1217C ≥ V4.1	580 μs

PID_Temp V1 的 CPU 存储器要求

分类	PID_Temp V1   背景数据块的存储器要求
装载存储器要求	约 17000 个字节
总工作存储器要求	1280 个字节
保持性工作存储器要求	100   个字节