S7-1200 PID控制器

時間：2021-07-06作者：上海騰希電氣技術(shù)有限公司瀏覽：109

PID功能

PID功能用于對閉環(huán)過程進行控制。PID控制適用于溫度，壓力，流量等物理量，是工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用較為廣泛的一種控制方式，其原理是，對被控對象設(shè)定一個給定值，然后將實際值測量出來，并與給定值比較，將其差值送入PID控制器，PID控制器按照一定的運算規(guī)律，計算出結(jié)果，即為輸出值，送到執(zhí)行器進行調(diào)節(jié)，其中的P,I,D指的是比例，積分，微分，是一種閉環(huán)控制算法。通過這些參數(shù)，可以使被控對象追隨給定值變化并使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，自動消除各種干擾對控制過程的影響。

S7-1200 PID控制器

S7-1200 CPU提供了PID控制器回路數(shù)量受到CPU的工作內(nèi)存及支持DB塊數(shù)量限制。嚴(yán)格上說并沒有限制具體數(shù)量，但實際應(yīng)用推薦客戶不要**過16路PID回路?？赏瑫r進行回路控制，用戶可手動調(diào)試參數(shù)，也可使用自整定功能，提供了兩種自整定方式由PID控制器自動調(diào)試參數(shù)。另外STEP7 Basic還提供了調(diào)試面板，用戶可以直觀的了解控制器及被控對象的狀態(tài)。

PID控制器結(jié)構(gòu)

PID控制器功能主要依靠三部分實現(xiàn)，循環(huán)中斷塊，PID指令塊，工藝對象背景數(shù)據(jù)塊。用戶在調(diào)用PID指令塊時需要定義其背景數(shù)據(jù)塊，而此背景數(shù)據(jù)塊需要在工藝對象中添加，稱為工藝對象背景數(shù)據(jù)塊。PID指令塊與其相對應(yīng)的的工藝對象背景數(shù)據(jù)塊組合使用，形成完整的PID控制器。PID控制器結(jié)構(gòu)如圖1。



圖1 PID控制器結(jié)構(gòu)

循環(huán)中斷塊可按一定周期產(chǎn)生中斷，執(zhí)行其中的程序。PID指令塊定義了控制器的控制算法，隨著循環(huán)中斷塊產(chǎn)生中斷而周期性執(zhí)行，其背景數(shù)據(jù)塊用于定義輸入輸出參數(shù)，調(diào)試參數(shù)以及監(jiān)控參數(shù)。此背景數(shù)據(jù)塊并非普通數(shù)據(jù)塊，需要在目錄樹視圖的工藝對象中才能找到并定義。

S7-1200 PID_Compact 的版本說明

自軟件 TIA Protal V13 起，固件為 4.0 或較高版本的 S7-1200，可以使用 PID_Compact V2.2 指令。

S7-1200 在 V4.0 以上，TIA V13 SP1 以上，使用 S7-PLCSIM V13 SP1 可以仿真 PLC 程序，但不支持工藝功能（高速計數(shù)器、運動控制、PID 調(diào)節(jié)）的仿真。

PID_Compact 的版本與 CPU 和 FW 的兼容性

下表顯示了 PID_Compact 的每個版本可用于哪種 CPU：

CPU	FW	PID_Compact
S7-1200	≥ V4.x	V2.2 V1.2
S7-1200	≥ V3.x	V1.2 V1.1
S7-1200	≥ V2.x	V1.2 V1.1
S7-1200	≥ V1.x	V1.0

PID_Compact V2.x 的 CPU 處理時間和存儲器要求

PID_Compact V2.0 工藝對象典型 CPU 處理時間（取決于 CPU 類型）：

CPU	典型 CPU 處理時間 (PID_Compact V2.x)
CPU 1211C ≥ V4.0	300 μs
CPU 1215C ≥ V4.0	300 μs
CPU 1217C ≥ V4.0	300 μs

PID_Compact V2.0 工藝對象背景數(shù)據(jù)塊的存儲器要求：

分類	PID_Compact V2.x 背景數(shù)據(jù)塊的存儲器要求
裝載存儲器要求	約 12000 個字節(jié)
總工作存儲器要求	788 個字節(jié)
保持性工作存儲器要求	44 個字節(jié)

PID_Compact 不同版本的特性

在 TIA Protal 軟件中使用 PID 功能，有兩種方式選擇 PID 的指令版本。
方式一、通過在工藝對象中添加新對象，在彈出的“新增對象”對話框中，左側(cè)豎列選擇 “PID” 后，看對話框中間部分對于 “Compact PID” 版本的選擇，如圖 2 和圖 3 所示：

圖2、工藝對象-添加新對象


圖3、選擇 Compact PID 指令文件夾版本

方式二、當(dāng)程序處于編程界面時，右側(cè)指令欄中在工藝 > PID 控制 > Compact PID 指令 > 版本選擇，如圖4 和圖 5所示：

圖4、指令欄 > 工藝 > Compact PID


圖5、Compact PID 不同版本選擇

Compact PID文件夾 V5.0 和 V4.0 的區(qū)別是 PID_Temp 指令，其中 PID_Compact 指令均為 V2.2. 編寫 PID 功能時，可以使用上述方法進行 PID 指令的版本選擇。
在硬件版本一定的情況下，建議使用對應(yīng)固件中較新版本的指令。PID Compact 指令不同版本所對應(yīng)新特性，如下表所示：

PID_Compact 版本	不同版本指令的新特性
V2.2	全面改進對錯誤的響應(yīng) Error 指示是否存在錯誤處于未決狀態(tài)。如果 Error=TRUE，則此周期內(nèi)至少有一條錯誤消息處于未決狀態(tài)。ErrorBits 顯示發(fā)生的具體錯誤。 使用 ErrorAck 在不重啟控制器或清除積分作用的情況下確認(rèn)錯誤和警告。切換工作模式不會清除處于非未決狀態(tài)的錯誤。 使用 Reset 可以重啟控制器、清除積分作用，同時清除處于非未決狀態(tài)的錯誤。 組態(tài)界面增加對錯誤響應(yīng)的設(shè)置 可使用 SetSubstituteOutput 和 ActivateRecoverMode 來組態(tài)對錯誤的響應(yīng)。 使用 Mode 和 ModeActivate 來切換工作模式 將 PID_Compact 作為多重背景數(shù)據(jù)塊進行調(diào)用 啟動特性 根據(jù)工作模式設(shè)置 ENO 如果 State=0，則 ENO=FALSE;如果 State≠0，則 ENO=TRUE。 可修改調(diào)節(jié)期間允許的設(shè)定值拐點（CancelTuningLevel） 輸出值限值的范圍（下限可小于 0.0） 增加積分的預(yù)分配作用 從“未激活”切換到“自動模式”時，可使用變量 IntegralResetMode 和 OverwriteInitialOutputValue 確定積分作用的預(yù)分配。 在 Disturbance 參數(shù)中啟用擾動變量 PID 參數(shù)的默認(rèn)值(更改權(quán)重系數(shù)) 重命名某些變量名稱
V1.2	CPU 啟動時的手動模式 如果 CPU 啟動時 ManualEnable = TRUE，則 PID_Compact 以手動模式啟動。 并非一定需要 ManualEnable 出現(xiàn)上升沿。 預(yù)調(diào)節(jié) 如果在預(yù)調(diào)節(jié)期間關(guān)閉 CPU，當(dāng)重新開啟 CPU 時預(yù)調(diào)節(jié)會再次啟動。
V1.1	CPU 啟動時的手動模式 CPU 啟動時，僅在 ManualEnable 出現(xiàn)上升沿時，PID_Compact 才切換到手動模式。 沒有上升沿時，PID_Compact 在 ManualEnable 為 FALSE 的上一個工作模式下啟動。 對 Reset 的響應(yīng) Reset 上升沿時會復(fù)位錯誤和警告并清除積分作用，Reset 下降沿會觸發(fā)切換到較近激活的工作模式。 過程值的默認(rèn)上限（更改為 120.0）








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