西门子S7-200 SMART中如何组态PID功能

西门子S7-200 SMART PLC采用的编程软件为Step7-Micro/WIN SMART，在该编程软件中，组态PID控制回路，专门有一个工具，叫PID指令向导（PID Wizard），在编程时，只需要按照向导步骤一步一步操作，可以完成大多数PID功能的编程，编程人员只需要在主程序中调用PID向导生成的子程序，即可完成PID控制程序的组态。该PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对PID编程，以避免不必要的错误。（建议编程时，采用比较新的编程软件版本）

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一、 PID向导编程步骤

使用以下方法之一打开 PID 向导：

●在Micro/WIN SMART中的工具菜单中选择PID向导：



● 在项目树中打开“向导”文件夹，然后双击“PID”，或选择“PID”并按回车键。



第一步：定义需要配置的PID回路号

在此对话框中选择要组态的回路。最多可组态 8 个回路。在此对话框上选择回路时，PID 向导左侧的树视图随组态该回路所需的所有节点一起更新。



               图3. 选择需要配置的回路

第二步：为回路组态命名

可为回路组态自定义名称。此部分的默认名称是“回路 x”，其中“x”等于回路编号。



                   图4. 为PID回路命名

第三步：设定PID回路参数



                      图5. 设置PID参数

图5中定义了PID回路参数，这些参数都应当是实数：

增益：即比例常数，默认值=1.00。

积分时间：如果不想要积分作用可以将该值设置很大（比如10000.0），默认值=10.00。

微分时间：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0 ，默认值=0.00。

采样时间：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔,，默认值=1.00。在 向导完成后，若想要修改此数，则必须返回向导中修改，不可在程序中或状态表中修改。

第四步：设定回路过程变量



              图6. 设定PID输入过程变量

1、指定回路过程变量 (PV) 如何标定。可以从以下选项中选择：

单极性:即输入的信号为正，如0－10V或0－20mA等

双极性：输入信号在从负到正的范围内变化。如输入信号为±10V、±5V等时选用

选用20%偏移：如果输入为4－20mA则选单极性及此项，4mA是0－20mA信号的20%，所以选20% 偏移，即4mA对应5530，20mA对应27648。

温度 x 10 °C

温度 x 10 °F

2、反馈输入取值范围

在a.设置为单极时，缺省值为0 - 27648，对应输入量程范围0 - 10V或0 - 20mA等，输入信号为正

在a.设置为双极时，缺省的取值为-27648 - +27648，对应的输入范围根据量程不同可以是±10V、±5V等

在a.选中20% 偏移量时，取值范围为5530 - 27648，不可改变

3、在“标定”(Scaling) 参数中，指定回路设定值 (SP) 如何标定。默认值是 0.0 和 100.0 之间的一个实数。

第五步：设定输入回路输出选项



              图7. 设定PID输出选项

1、输出类型

可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量给定的设备，如比例阀、变频器等；数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器（加热棒等）

2、选择模拟量则需设定回路输出变量值的范围，可以选择：

单极：单极性输出，可为0－10V或0－20mA等

双极：双极性输出，可为正负10V或正负5V等

单极20% 偏移量：如果选中20% 偏移，使输出为4 - 20mA

3、取值范围：

c为单极时，缺省值为 0 到 27648

c为双极时，取值-27648 到27648

c为20%偏移量时，取值5530 - 27648 ，不可改变

如果选择了开关量输出，需要设定此循环周期，如图7所示：



             图8. 设定PID输出为数字量

第六步：设定回路报警选项



              图9. 设定回路报警限幅值

向导提供了三个输出来反映过程值(PV)的低值报警、高值报警及过程值模拟量模块错误状态。当报警条件满足时，输出置位为1。这些功能在选中了相应的选择框之后起作用。

1、使能低值报警并设定过程值(PV)报警的低值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.10，即报警的低值为过程值的10％。此值最低可设为0.01，即满量程的1%

2、使能高值报警并设定过程值(PV)报警的高值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.90，即报警的高值为过程值的90％。此值最高可设为1.00，即满量程的100%

3、使能过程值(PV)模拟量模块错误报警并设定模块于CPU连接时所处的模块位置。“EM0”就是第一个扩展模块的位置

第七步：定义向导所生成的PID初使化子程序和中断程序名及手/自动模式



       图10. 指定子程序、中断服务程序名和选择手动控制

向导已经为初使化子程序和中断子程序定义了缺省名，你也可以修改成自己起的名字。

1、指定PID初使化子程序的名字。

2、指定PID中断子程序的名字

注意：

1）如果你的项目中已经存在一个PID配置，则中断程序名为只读，不可更改。因为一个项目中所有PID共用一个中断程序，它的名字不会被任何新的PID所更改。

2）PID向导中断用的是SMB34定时中断，在用户使用了PID向导后，注意在其它编程时不要再用此中断，也不要向SMB34中写入新的数值，否则PID将停止工作。

3、此处可以选择添加PID 手动控制模式。在PID手动控制模式下，回路输出由手动输出设定控制，此时需要写入手动控制输出参数一个0.0－1.0的实数，代表输出的0％－100％而不是直接去改变输出值。

第八步：指定PID运算数据存储区



                         图 11. 分配运算数据存储区

PID指令（功能块）使用了一个120个字节的V区参数表来进行控制回路的运算工作；除此之外，PID向导生成的输入/输出量的标准化程序也需要运算数据存储区。需要为它们定义一个起始地址，要保证该地址起始的若干字节在程序的其它地方没有被重复使用。如果点击“建议”，则向导将自动为你设定当前程序中没有用过的V区地址。

第九步：生成PID子程序、中断程序及符号表等

一旦点击完成按钮，将在你的项目中生成上述PID子程序、中断程序及符号表等。



              图12. 生成PID子程序、中断程序和符号表等

第十步：配置完PID向导，需要在程序中调用向导生成的PID子程序（如下图）



在用户程序中调用PID子程序时，可在指令树的程序块中用鼠标双击由向导生成的PID子程序，在局部变量表中，可以看到有关形式参数的解释和取值范围。

必须用SM0.0来使能 PIDx_CTRL 子程序，SM0.0 后不能串联任何其他条件，而且也不能有越过它的跳转；如果在子程序中调用 PIDx_CTRL 子程序，则调用它的子程序也必须仅使用 SM0.0 调用，以保证它的正常运行

此处输入过程值（反馈）的模拟量输入地址

此处输入设定值变量地址（VDxx），或者直接输入设定值常数，根据向导中的设定0.0－100.0，此处应输入一个0.0－100.0的实数，例：若输入20，即为过程值的20％，假设过程值AIW0是量程为0－200度的温度值，则此处的设定值20代表40度（即200度的20％）；如果在向导中设定给定范围为0.0 - 200.0，则此处的20相当于20度

此处用I0.0控制PID的手/自动方式，当I0.0为1时，为自动，经过PID运算从AQW0输出；当I0.0为0时，PID将停止计算，AQW0输出为ManualOutput（VD4）中的设定值，此时不要另外编程或直接给AQW0赋值。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现

定义PID手动状态下的输出，从AQW0输出一个满值范围内对应此值的输出量。此处可输入手动设定值的变量地址（VDxx），或直接输入数。数值范围为0.0-1.0之间的一个实数，代表输出范围的百分比。例：如输入0.5，则设定为输出的50％。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现

此处键入控制量的输出地址

当高报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能高报警功能，则此项将不会出现

当低报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能低报警功能，则此项将不会出现

当模块出错时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能模块错误报警功能，则此项将不会出现

第十一步：实际运行并调试PID参数

没有一个PID项目的参数不需要修改而能直接运行，因此需要在实际运行时调试PID参数。

查看数据块以及符号表相应的PID符号标签的内容，可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表，包括比例系数、积分时间等等。将此表的地址复制到状态表中，可以在监控模式下在线修改PID参数，而不必停机再次做配置。

参数调试合适后，用户可以在数据块中写入，也可以再做一次向导，或者编程向相应的数据区传送参数。

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二、常见问题

做完PID向导后，如何知道向导中设定值，过程值及PID等参数所用的地址？



PID已经调整合适，如何正式确定参数？

可以在数据块中直接写入参数。

做完PID向导后，能否查看PID生成的子程序，中断程序？

PID向导生成的子程序，中断程序用户是无法看到的，也不能对其进行修改。没有密码能够打开这些子程序，一般的应用也没有必要打开查看。

PID参数有经验值吗？

每一个项目的PID 参数都不一样，没有经验参数，只能现场调试获得。

我的PID向导生成的程序为何不执行？

必须保证用SM0.0无条件调用PID0_CTRL程序

在程序的其它部分不要再使用SMB34定时中断，也不要对SMB34赋值

如何实现PID反作用调节？

在有些控制中需要PID反作用调节。例如：在夏天控制空调制冷时，若反馈温度（过程值）低于设定温度，需要关阀，减小输出控制（减少冷水流量等），这就是PID反作用调节（在PID正作用中若过程值小于设定值，则需要增大输出控制）。

若想实现PID反作用调节，需要把PID回路的增益设为负数。对于增益为0的积分或微分控制来说，如果指定积分时间、微分时间为负值，则是反作用回路。

如何根据工艺要求有选择地投入PID功能？

可使用“手动/自动”切换的功能。PID向导生成的PID功能块需要保证每个扫描周期都调用，所以建议在主程序内使用SM0.0调用。