TPC1061Ti配套西門子plc用于PID控制

PID定義

當(dāng)今的閉環(huán)自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念以減少不確定性。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的是被控變量的實(shí)際值，與期望值相比較，用這個偏差來糾正系統(tǒng)的響應(yīng)，執(zhí)行調(diào)節(jié)控制。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的TPC1061TI調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。

2．PID基本用途

它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個參數(shù)（Kp， Ti和Td）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。

首先，PID應(yīng)用范圍廣。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。

其次，PID參數(shù)較易整定。也就是，PID參數(shù)Kp，Ti和Td可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。

第三，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)，下面舉個改進(jìn)的例子。

在工廠，總是能看到許多回路都處于手動狀態(tài)，原因是很難讓西門子plc控制過程在“自動”模式下平穩(wěn)工作。由于這些不足，采用PID的工業(yè)控制系統(tǒng)總是受產(chǎn)品質(zhì)量、安全、產(chǎn)量和能源浪費(fèi)等問題的困擾。PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個問題而產(chǎn)生的。現(xiàn)在，自動整定或自身整定的PID控制器已是工業(yè)單回路控制器和分散控制系統(tǒng)的一個標(biāo)準(zhǔn)。

3．PID控制

①　PID是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例-積分-微分控制算法。

②　PID控制器根據(jù)設(shè)定值（給定）與被控對象的實(shí)際值（反饋）的差值，按照PID算法計算出控制器的輸出量，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)去影響被控對象的變化。

③　PID控制是負(fù)反饋閉環(huán)控制，能夠抑制216-2BD23-0XB8西門子plc系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定的變化。閉環(huán)控制必須保證系統(tǒng)的是負(fù)反饋（誤差=給定值-反饋值），而不是正反饋（誤差=給定值+反饋值）。如果TPC1061TI系統(tǒng)接成了正反饋，將會失控，被控量會往單一方向增大或減小，給系統(tǒng)的安全帶來極大的威脅。

④　PID閉環(huán)控制系統(tǒng)圖，如下：

圖1

舉個用天然氣加熱爐溫的例子來說明PID閉環(huán)控制系統(tǒng)。天然氣加熱被控對象為溫度T，測量變送器是為熱電偶，熱電偶檢測出的模擬信號通過模擬量輸入模塊（TC模塊）變?yōu)榕c之對應(yīng)的數(shù)字量，這個數(shù)字量為我們的過程變量值PV，過程變量值PV與我們的給定值SP進(jìn)行比較，偏差e=SP-PV，PID控制器根據(jù)偏差值的大小來調(diào)節(jié)輸出，當(dāng)實(shí)際溫度值小于給定值時，PID增加輸出值，通過模擬量輸出模塊使電動調(diào)節(jié)閥開口度增加，天然氣進(jìn)入流量會加大，使溫度升高。當(dāng)實(shí)際溫度值大于給定值時，PID減小輸出值，通過模擬量輸出模塊235-0KD22-0XA8使電動調(diào)節(jié)閥開口度減小或者關(guān)閉，天然氣進(jìn)入流量會減小，使溫度降低。通過PID控制器調(diào)節(jié)，溫度最終穩(wěn)定在給定值上下。

⑤　PID在S7200西門子plc中的實(shí)現(xiàn)

在S7-200西門子plc中PID功能是通過PID指令功能塊實(shí)現(xiàn)。通過定時執(zhí)行PID功能塊，按照PID運(yùn)算規(guī)律，根據(jù)當(dāng)時的給定、反饋、比例-積分-微分?jǐn)?shù)據(jù)，計算出控制變量。PID功能塊通過一個PID回路表交換數(shù)據(jù)，這個表是在V數(shù)據(jù)存儲區(qū)中開辟的，長度為36個字節(jié)。因此每個PID功能塊在調(diào)用是需要制定兩個要素：PID控制回路號，以及控制回路表的起始地址。

⑥　回路控制類型的選擇

在許多控制系統(tǒng)中，只需要一種或兩種回路控制類型。例如只需要比例回路或者比例積分回路。通過設(shè)置常量參數(shù)，可以選擇需要的回路控制類型。

如果不想要積分動作，可以把積分時間置為無窮大“INF”。即使沒有積分作用，積分項(xiàng)還是不為零，因?yàn)橛谐踔礛X。

如果不想要微分回路，可以把微分時間置為零。

如果不想要比例回路，但需要積分或積分微分回路，可以把增益設(shè)為0.0。系統(tǒng)會在計算積分項(xiàng)和微分項(xiàng)時，把增益當(dāng)作1.0看待。

⑦　回路輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)化

由于PID可以控制溫度、壓力、流量等許多對象，它們各自是由工程量表示，因此有一種通用的數(shù)據(jù)表示方法才能被PID功能塊識別。西門子214-2BD23-0XB8中的PID功能使用占調(diào)節(jié)范圍的百分比的方法抽象地表示被控對象數(shù)值大小。在實(shí)際工程中，這個調(diào)節(jié)范圍往往被認(rèn)為與被控對象（反饋）的測量范圍（量程）一致。PID功能塊只接受0.0-1.0之間的實(shí)數(shù)（實(shí)際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效值，如果是直接使用PID功能塊編程，必須保證在這個范圍之內(nèi)，否則會出錯。其它如增益、采樣時間、積分時間、微分時間都是實(shí)數(shù)。

⑧　PID正作用和反作用回路

如果增益為正，那么該回路為正作用回路。如果增益為負(fù)，那么是反作用回路。（對于增益值為0.0的I或者ID控制，如果指定積分時間、微分時間為正，就是正作用回路；如果指定值為負(fù)值，就是反作用回路。）

舉兩個例子來說明PID正作用回路和反作用回路：

PID正作用回路：加熱爐的控制屬于PID正作用控制，若溫度值小于設(shè)定值，需要將PID的輸出值控制的閥的開度增大，以增加天然氣的流量。若溫度值大于設(shè)定值，需要將PID的輸出值控制的閥的開度減小，以減小天然氣的流量。

PID反作用回路：在夏天控制空調(diào)制冷時，若反饋溫度值低于設(shè)定溫度時，需要將PID的輸出值控制的閥的開度減小，以減小冷水的流量。若反饋溫度值大于設(shè)定溫度時，需要將PID的輸出值控制的閥的開度增加，以增加冷水的流量。