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1、英文翻译 PID自整定和PID整定控制面板S7-200PLC已经支持PID自整定功能，STEP 7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。这就大大增强了S7-200PLC的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。您可以使用操作员面板中的用户程序或者PID整定控制面板来启动自整定功能。在同一时间，不仅仅只有一个PID回路可以进行自整定，如果需要的话，所有8个PID回路可以同时进行自整定。PID自整定算法向您推荐增益值、积分时间值和微分时间值。您也可以为您的调节回路选择快速响应、中速响应、慢速响应或者极慢速响应等调节类型。用PID整定控制面板，您可以启动自整定过程，取消自整定过程和在图表
2、中监视结果。控制面板会显示所有可能发生的错误和警告信息。它也允许您将自整定后得到的增益值、积分时间值和微分时间值应用到实际控制中去。在本章中理解PID的自整定扩展回路表先决条件自滞后和自偏移自整定序列异常情况关于过程变量超限的说明(结果代码3) PID整定控制面板理解PID自整定引言S7-200中使用的自整定算法是基于K.J.strm和T. Hgglund在1984年提出的延时反馈算法。经过这二十年，继电反馈算法已被应用于工业控制的各个领域。延时反馈的概念是指在一个稳定的控制过程中产生一个微小但持续的扰动。过程变量中扰动的周期和振幅，将最终决定控制过程的频率和增益。然后利用最终的增益和频率值，
3、PID自整定向您推荐增益值、积分时间值和微分时间值。所推荐的值与您为您的控制过程所选择的响应速度相关。您可以选择快速响应、中速响应、慢速响应或者极慢速响应。根据您的控制过程，一个快速响应会产生超调，它符合不完全衰减整定条件。一个中速响应会使控制过程濒临超调的边缘，它符合临界衰减整定条件。一个慢速响应不会导致超调，它符合强衰减整定条件。一个极慢速响应不会导致超调，它符合超强衰减整定条件。PID自整定除了推荐指定值以外，还可以自动确定滞后值和过程变量峰值偏移。这些参数用于减少当PID自整定设置持续振荡限幅时过程噪声所产生的影响。PID自整定适用于双向调节、反向调节、P调节、PI调节、PD调节和PI
4、D调节等各种调节回路。PID自整定的目的在于为您的过程控制回路提供一套最优化的整定参数。使用这些整定值可以使您达到极佳的控制效果，真正优化您的控制过程。扩展回路表S7-200中的PID指令涉及到一张回路表，回路表中包含了回路参数。该表原来只有36个字节。现在有了PID自整定功能，表的长度增加到80个字节。表1和表2展示了扩展后的回路表。如果您使用PID整定控制面板，您可以通过控制面板操纵PID回路表中的所有参数。如果您需要用一个操作员面板来提供自整定功能，您必须通过编程的方式来实现操作员和PID回路表之间的信息交换，从而启动和监视自整定过程，最终将整定值应用到实际控制中去。表1 回路表偏移量域
5、类型格式描述0过程变量(PVn)输入REAL过程变量，必须在0.01.0之间4设定值(SPn)输入REAL包含必须在0.0和1.0之间的设定值。8输出(Mn)输入/输出REAL输出值，必须在0.01.0之间12增益(KC)输入REAL增益是比例常数。可正可负。16采样时间(TS)输入REAL包含采样时间，单位为秒。必须是正数20积分时间或复位(TI)输入REAL包含积分时间或复位，单位为分钟24微分时间或速率(TD)输入REAL包含微分时间或速率，单位为分钟。28偏差(MX)输入/输出REAL积分项前项，必须在0.01.0之间32过程变量前值(PVn-1)输入/输出REAL包含最后一次执行PI
6、D指令时存储的过程变量值。36PID回路表ID输入ASCII码“PIDA”(PID回路表，版本A)：ASCII常数40AT控制(ACNTL)输入BYTE参见表15-241AT状态(ASTAT)输入BYTE参见表15-242AT结果(ARES)输入/输出BYTE参见表15-243AT配置(ACNFG)输入BYTE参见表15-244偏移(DEV)输入REAL最大过程变量振幅的标准化值(范围：025-0.25)。48滞后(HYS)输入REAL过程变量滞后的标准化值，用于确定零相交(范围：0.005到0.1)。当DEV与HYS的比率小于4时，自整定过程中会发出警告。52初始输出阶跃幅度(STEP)输入
7、REAL输出阶跃幅度变化的标准化大小，用于减小过程变量的振动(范围：0.05到0.4)56看门狗时间(WDOG)输入REAL两次零相交之间允许的最大时间间隔，单位是秒(范围： 60到7200)60推荐增益(AT_KC)输出REAL自整定过程推荐的增益值64推荐积分时间(AT_TI)输出REAL自整定过程推荐的积分时间值68推荐微分时间(AT_TD)输出REAL自整定过程推荐的微分时间值72实际输出阶跃幅度(ASTEP)输出REAL自整定过程确定的归一化以后的输出阶跃幅度。76实际滞后(AHYS)输出REAL自整定过程确定的归一化以后的过程变量滞后值。表2 控制参数和状态参数的具体描述域描述AT
8、控制(ACNTL)输入一字节MSB LSB7 00000000ENEN - 设为1用于启动自整定；设为0用于中止自整定AT状态(ASTAT)输出一字节MSB LSB7 0W0W1W20AH00IPW0 - 警告：偏差设置没有超过滞后设值的4倍。W1 - 警告：不协调的过程偏差可能导致输出阶跃值的不正确调节。W2 - 警告：实际平均偏差没有超过滞后设置的4倍。AH - 自动滞后计算进程：0 - 没有执行1 - 正在执行IP - 自整定进程：0 - 没有执行1 - 正在执行每次自整定功能启动，PLC都清除警告位，置位自整定运行位。直到自整定完成，PLC清除自整定运行位AT结果(ARES)输入/输出
9、- 字节MSB LSB7 0D结果代码D - Done位：0 - 自整定未完成1 - 自整定完成在自整定启动之前，该位必须设为0结果代码：00 - 正常完成(推荐的整定值可以使用)01 - 用户中止02 - 中止，零相交监视狗超时03 - 中止，过程变量超范围04 - 中止，超出最大滞后值05 - 中止，检测到非法组态值06 - 中止，检测到数字错误07 - 中止，在没有能流时执行PID指令(回路处于手动模式)08 - 中止，自整定只适用于P、PI、PD或PID回路09至7F - 保留AT配置(ACNFG)输入- 字节MSB LSB7 00000R1R0DSHSR1 R0 动态响应0 0 快速
10、响应0 1 中速响应1 0 慢速响应1 1 极慢速响应DS - 偏差设置：0 - 使用回路表中的偏差值1 - 自动确定偏差值HS - 滞后设置：0 - 使用回路表中的滞后值1 - 自动确定滞后值先决条件您要进行自整定的回路必须处于自动模式。回路的输出必须由PID指令来控制。如果回路处于手动模式，自整定会失败。在启动自整定之前，您的控制过程应该达到一种稳定状态。这种稳定状态是指过程变量已经达到设定值(或者对于P调节来说，过程变量与设定值之间的差值恒定)并且输出不会不规律地变化。理想状态下，当自整定启动时，回路的输出值应该在控制范围中心附近。自整定过程在回路的输出中加入一些小的阶跃变化，使得控制过
11、程产生振荡。如果回路的输出值没有处于控制范围中心附近，自整定的这种阶跃变化会导致输出超限。如果这种情况发生，会使自整定发生错误，当然也会使推荐值并非最优化。自滞后和自偏移滞后参数给出一个相对于设定值的正负偏移量，过程变量在此偏移量范围内时，不会导致控制器改变输出值。这个值用于减小过程变量中噪声的影响，从而更精确地计算出过程自然振动频率。如果您选用自动计算滞后值，PID自整定会生成一个滞后运算队列。该队列包含一段时间内的过程变量采样值，然后根据采样结果计算出标准偏移。为了得到具有统计意义的采样数据，至少要有100个采样值。如果回路的采样周期为200 ms，100个采样值就需要20秒时间。回路采样
12、周期更长会需要更多的时间。即使您使用的回路采样周期小于20ms，从而使得采样100次用不了20秒时间，滞后运算队列仍然需要至少20秒采样时间。当得到足够的采样值以后，就可以算出样本的标准偏移。滞后值等于两倍的标准偏移。计算后得到的滞后值被写入回路表中的实际滞后(AHYS)域中。提示在自滞后计算过程中，正常的PID运算会停止。因此，在启动自整定之前，控制过程应处于稳定状态。这样可以使滞后值的计算收到好的效果，同时也可以保证在自滞后运算过程中，控制过程不会失控。偏移参数是指希望得到的过程变量相对于设定值的峰-峰值幅度。如果您选择自动计算该值，它将是滞后值的4.5倍。在自整定过程中，会适当地调节输出
13、，使控制过程中的振动在这一范围内。自整定序列自整定序列在得到滞后值和偏移值之后开始执行。当初始输出阶跃实际应用到回路的输出时，整定过程就开始了。输出值的这一变化会导致过程变量值产生相应的变化。当输出的变化使过程变量远离设定值以致于超出滞后区范围时，自整定将检测到一个零相交事件。在每次零相交事件发生时，自整定将反方向改变输出。自整定继续采样过程变量值，等待下一次零相交事件。要完成整个序列，需要12次零相交事件。过程变量的峰-峰值和零相交事件的产生速度都与控制过程的动态特性直接相关。在自整定过程一开始，会适当地调节输出阶跃值，促使过程变量的峰-峰值更接近想要得到的偏移值。一旦有调节产生，新的输出阶跃值将被写入回路表的实际输出阶跃幅度(ASTEP)域中。如果两次零相交时间的时间间隔超过了零相交看门狗的间隔时间，自整定序列将被终止。零相交看门狗的间隔时间缺省值为两小时。图1给出了一个直接作用回路的自整定序列过程中输出和过程变量的变化情况。PID整定控制面板
