S7-200PLC編程及應(yīng)用課件第八章

PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應(yīng)用PIDPLCEM232EM2311、PID—模擬控制系統(tǒng)中的PID控制器在閉環(huán)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用PID控制（即比例一積分一微分控制）。PID控制器調(diào)節(jié)回路輸出。為使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)讓偏差e趨于零。偏差e是給定值SP和過程變量PV的差?；芈返妮敵鲎兞縈（t）是時間t的函數(shù)。它可以看作是比例項、積分項、微分項三項之和。C（t）:PID回路的輸出，是時間函數(shù)；

KC

:PID回路的增益；e:PID回路的偏差；M0:PID回路輸出的初始值。

PLCEM232EM2311、PID—離散控制系統(tǒng)中的PID控制器離散化為：積分項是包括從第1個采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差。計算中沒有必要保存所有采樣周期的誤差項。只需保存積分項前值Mn即可。進一步化簡為：比例項：積分項：

微分項：

微分用差分近似積分用求和近似模擬PID算法：2、PID控制指令TBL:是回路表的起始地址，操作數(shù)限用變量區(qū)V，類型B（VB）L00P:回路號，可以是0到7的整數(shù)（BYTE型）,故在程序中最多可以用8條PID指令。進行P1D運算的前提條件是邏輯堆棧棧頂（TOS）值必須為1。PID回路指令不可重復(fù)使用同一個回路號（即使它們有不同的回路表地址），否則PID計算將相互干擾，輸出將不可預(yù)知。PIDTBL,LOOP單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分析可知：每個PID只能有一個回路號（回路表中設(shè)置該PID的基本參數(shù)及輸入輸出參數(shù)）S7-200執(zhí)行PID指令時為“自動”運行方式。不執(zhí)行PID指令時為“手動”方式。PID指令有一個允許輸入端（EN）。當(dāng)該輸入端檢測到一個正跳變（從0到1）信號，PID回路就從手動方式無擾動地切換到自動方式?；芈繁黹L度36個字節(jié)（如圖），增加了PID自整定后擴展到80個字節(jié)，P192回路表：P192無擾動切換時，系統(tǒng)把手動方式的當(dāng)前輸出值填入回路表中的Mn欄，用來初始化輸出值Mn，且進行一系列的操作，對回路表中的值進行設(shè)定：

置給定值SPn=過程變量PVn 置過程變量前值PVn-1＝過程變量當(dāng)前值PVn 置積分項前值MX＝輸出值MnPID指令的使用一、回路輸入量的轉(zhuǎn)換及歸一化

LDSM0.1XORDAC0，AC0//清累加器AC0ITDAIW0，AC0//把整數(shù)轉(zhuǎn)化為雙整數(shù)DTRAC0，AC0//把雙整數(shù)轉(zhuǎn)化為實數(shù)編寫PID程序時：首先將工程實際值由16位整數(shù)（sp、pv）轉(zhuǎn)化為0.00～1.00之間的標準化實數(shù)；其次，PID運算結(jié)束后，將回路輸出的標準化實數(shù)轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。∵對于不同的控制系統(tǒng)，sp和pv的大小、范圍和工程單位都不同，故PID指令在對這些量進行運算之前必須將其轉(zhuǎn)換成標準化的浮點數(shù)即實數(shù)即歸一化處理/R64000.0，AC0//將AC0中的雙極性模//擬量值進行歸一化+R0.5，AC0//OFFset處理（雙極性時）MOVDAC0，VD200//將歸一化結(jié)果存入//TABLE中（設(shè)TABLE表地址為VB200）將實數(shù)格式的工程實際值轉(zhuǎn)化為[0.0，1.0]之間的無量綱相對值，用下式來完成這一過程：RN為工程實際值的歸一化值；RR為工程實際值的實數(shù)形式值，未歸一化處理。標準化實數(shù)又分為雙極性（圍繞0.5上下變化）和單極性（以0.0為起點在0.0和1.0之間的范圍內(nèi)變化）兩種:對于雙極性，OFFset為0.5；對于單極性，OFFset為0，SP表示值域的大小，通常單極性時取32000，雙極性時取64000。

二、回路控制輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標定的整數(shù)值其中：RS:為已按工程量標定的實數(shù)格式的回路輸出；

Mn:為歸一化實數(shù)格式的回路輸出

將回路輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標定整數(shù)值的公式為：//將回路輸出結(jié)果（設(shè)TABLE表//地址為VB200）放入AC0//雙極性時減去0.5

//將AC0中的值按工程量標定

//將實數(shù)轉(zhuǎn)化為32位雙整數(shù)

//雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)

//把整數(shù)值送到到模擬量輸出//通道（設(shè)為AQW0）將回路輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標定的實數(shù)格式

將已標定的實數(shù)格式的回路輸出轉(zhuǎn)化為16位的整數(shù)格式，并輸出

選擇PID回路類型在大部分模擬量的控制中，使用的回路控制類型并不是比例、積分和微分三者俱全。例如，只需要比例回路或只需要比例積分回路。通過對常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。關(guān)閉積分回路：把積分時間TI設(shè)置為無窮大，此時雖然由于有初值Mx使積分項不為零，但積分作用可以忽略。關(guān)閉微分回路：把微分時間Td設(shè)置為0，微分作用即可關(guān)閉。關(guān)閉比例回路：把比例增益Kc設(shè)置為0，則只保留積分和微分項。但是積分項和微分項與Kc有關(guān)系，因此約定，此時用于積分項和微分項的增益為1。實際工作中，使用最多的是PI調(diào)節(jié)器。PID指令應(yīng)用舉例：恒壓供水系統(tǒng)該系統(tǒng)需要保持壓力恒定(∵P=pgh，故P與H成正比，∴可通過檢測液位來控制壓力)，水以變化的速率不斷地從水儲罐取出，這就需要有一個泵以不同的速度給儲罐供水，以維持壓力不變，并防止罐空。手動控制水泵速度直至水罐注滿75%(SP)，然后閥門打開，使水從水罐中排出。同時，水泵從手動控制模式轉(zhuǎn)換為自動控制模式。將使用數(shù)字輸入實現(xiàn)從手動至自動的轉(zhuǎn)換。過程變量（PV）由浮點型測量變送器提供儲罐充滿程度的相同讀數(shù)，可以0%到100%（全滿）之間變化輸出是泵速的數(shù)值，允許泵從最大速度的0%到100%運行。給定值可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路表中，過程變量值是來自水位表的單極性模擬量，回路輸出值也是單極性模擬量用來控制進水泵速度這兩個模擬量的范圍是0.0-1.0，分辨率為1/32000(標準化)。本系統(tǒng)中：只使用比例和積分控制，其回路增益和積分時間可以通過工程計算初步確定，但還需要進一步調(diào)整已達到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和積分時間為：KC為0.25；TS為0.1秒；TI為30分鐘；I0.0是手／自動控制：0代表手動，1代表自動手動控制模式時：操作員將水泵速度寫入VD108，此為0.0至1.0之間的實數(shù)。恒壓供水系統(tǒng)程序：

//主程序

//子程序（SBR-0） P192回路表

//載入循環(huán)給定值75%//比例增益KC=0.25//采樣時間TS=0.1秒//積分時間TI=30分鐘//設(shè)置無微分計算//為定時中斷INT_0:100ms//設(shè)置定時中斷//激活//定時中斷0子程序（INT-0）

//將整數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)

//將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)

//將數(shù)值歸一化

//將歸一化

PV存入循環(huán)表

//將輸出Mn標度為整數(shù)

//取整

//將實數(shù)轉(zhuǎn)化為整數(shù)//將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)

//將數(shù)值輸出

//I0.0=1時泵由手動切換到自動模式

為減少編寫PID控制程序的難度，S7-200編程軟件設(shè)置了PID指令向?qū)?，方法?、指令樹/向?qū)?PID圖標；2、工具/指令向?qū)?在其對話框中選擇PID并設(shè)置相關(guān)內(nèi)容。PID指令向?qū)В阂弧⒏腻eQ1.0圖aM9.9C256I0.0Q10.0T37I0.0I0.2ENIRCTUCUPVENINTENOATCHEVNTC4INT-013ENENONHSC7圖cQ0.5I0.0M0.0Q0.0M9.9圖b