S7-1200 中的PID块培训（高端培训）

工程师培训资料工程师培训资料 标题：S7-1200 中的中的PID块培训块培训（高端培训）（高端培训）培训人：xx调节器调节器被控对象被控对象+-S7-1200 PLC的的PID工艺功能工艺功能1()()()()cDinitialIde tM tKe te t dtTMTdt模拟模拟量闭环控制系统量闭环控制系统组成 调节器执行机构被控对象测量变送sp(t)e(t)M(t)c(t)pv(t)+-S7-1200使用使用PID_Compact指令来实现指令来实现PID控制，该指令的背景数据块称为控制，该指令的背景数据块称为PID_Compact工艺对象。工艺对象。PID控制器具有参数自调节功能和自动、手动模式。控制器具有参数自调节功能和自动、手动模式。PID控制器连续地采集测量的被控制变量的实际值控制器连续地采集测量的被控制变量的实际值(简称为实际值或输入值简称为实际值或输入值)，并与期望的设定值比较，根据得到的误差，计算输出，使被控变量尽可能快并与期望的设定值比较，根据得到的误差，计算输出，使被控变量尽可能快地接近设定值或进入稳态。地接近设定值或进入稳态。5 模拟量闭环控制系统模拟量闭环控制系统变送器的选择 变送器分为电流输出型和电压输出型。变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送器距离器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如如1 A干扰电流在干扰电流在10M 输入阻抗上将产生输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，的干扰电压信号，所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较小小(例如例如250 )。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。65.1 模拟量闭环控制系统模拟量闭环控制系统负反馈负反馈 闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控，被控量会往单闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控，被控量会往单一方向增大或减小，给系统的安全带来极大的威胁。一方向增大或减小，给系统的安全带来极大的威胁。闭环控制系统的反馈极性与很多因素有关，例如因为接线改变了变送器输出电流或输闭环控制系统的反馈极性与很多因素有关，例如因为接线改变了变送器输出电流或输出电压的极性，或改变了位移传感器出电压的极性，或改变了位移传感器(编码器编码器)的安装方向，都会改变反馈的极性。的安装方向，都会改变反馈的极性。可以用下述方法来判断反馈的极性：在调试是断开可以用下述方法来判断反馈的极性：在调试是断开D/A转换器和执行机构之间的连线，转换器和执行机构之间的连线，在开环状态下运行在开环状态下运行PID控制程序。控制器中有积分环节，因为反馈被断开了，不能消除控制程序。控制器中有积分环节，因为反馈被断开了，不能消除余差，余差，D/A转换器的输出电压会向一个方向变化。这时如果接上执行器，能减小误差，转换器的输出电压会向一个方向变化。这时如果接上执行器，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。则为负反馈，反之为正反馈。75.1 模拟量闭环控制系统模拟量闭环控制系统PID控制的优点控制的优点 l不需要被控对象的数学模型不需要被控对象的数学模型l结构简单，容易实现结构简单，容易实现l有较强的灵活性和适应性有较强的灵活性和适应性l使用方便使用方便85.2 PID控制器的数字化控制器的数字化 PID调节器D/A被控对象测量元件sp(n)e(n)M(n)c(t)pv(t)+-执行机构变送器A/DM(t)pv(n)11()()nnCnIjinitialDnnjMK eKeMKee1()()nCnInDnnMK eK eMXKeePLC周期性地执行周期性地执行PID控制程序，执行的周期称为采用周期控制程序，执行的周期称为采用周期Ts。95.3 PID_Compact指令指令 S7-1200使用使用PID_Compact指令来实现指令来实现PID控制，该指令的背景数据块称为控制，该指令的背景数据块称为PID_Compact工艺对象。工艺对象。PID控制器具有参数自调节功能和自动、手动模式。控制器具有参数自调节功能和自动、手动模式。PID控制器连续地采集测量的被控制变量的实际值控制器连续地采集测量的被控制变量的实际值(简称为实际值或输入值简称为实际值或输入值)，并与期望，并与期望的设定值比较，根据得到的误差，计算输出，使被控变量尽可能快地接近设定值或进的设定值比较，根据得到的误差，计算输出，使被控变量尽可能快地接近设定值或进入稳态。入稳态。105.3 PID_Compact指令指令生成一个新项目生成一个新项目 1/2 添加一个添加一个PLC设备，将硬件目录中的设备，将硬件目录中的AO信号板托到信号板托到CPU中，设置其输出为中，设置其输出为 10V电压：电压：115.3 PID_Compact指令指令生成一个新项目生成一个新项目 2/2 集成的模拟量输入的集成的模拟量输入的0号通道的量程为默认的号通道的量程为默认的0 10V：125.3 PID_Compact指令指令生成循环中断组织块生成循环中断组织块 调用调用PID_Compact的时间间隔称为采样时间，为了保证精确的采样时间，用固定的时间的时间间隔称为采样时间，为了保证精确的采样时间，用固定的时间间隔执行间隔执行PID指令，在循环中断指令，在循环中断OB中调用中调用PID_Compact指令。指令。建立循环组织块建立循环组织块OB200，设置循环时间间隔为，设置循环时间间隔为300ms。13打开任务卡的打开任务卡的“扩展指令扩展指令”窗口的窗口的PID文件夹，将其中的文件夹，将其中的“PID_Compact”指令拖放到指令拖放到OB200中，将默认的背景数据块的名称改为中，将默认的背景数据块的名称改为PID_DB。5.3 PID_Compact指令指令调用调用PID_Compact指令指令 1/2145.3 PID_Compact指令指令调用调用PID_Compact指令指令 2/2在程序块的文件夹中生成名为在程序块的文件夹中生成名为“PID_Compact”的功能块的功能块FB1130，生成的背景数据块，生成的背景数据块PID_DB在项目树的文件夹在项目树的文件夹“工艺对象工艺对象”中。中。155.3 PID_Compact指令指令PID_Compact指令的模式指令的模式 1/21)未激活模式未激活模式PID Compact工艺对象被组态并首次下载到工艺对象被组态并首次下载到CPU后，后，PID控制器处于未激活控制器处于未激活(Inactive)模模式，此时需要在调试窗口进行首次启动自调节。式，此时需要在调试窗口进行首次启动自调节。在运行时出现错误，或者点击了调试窗口的在运行时出现错误，或者点击了调试窗口的“停止测量停止测量”按钮，按钮，PID控制器将进入未控制器将进入未激活模式。激活模式。选择其他运行模式时，活动状态的错误被确认。选择其他运行模式时，活动状态的错误被确认。2)自动调节模式自动调节模式打开打开PID调试窗口，可以选择进入首次启动自调节模式或运行中自调节模式。调试窗口，可以选择进入首次启动自调节模式或运行中自调节模式。165.3 PID_Compact指令指令PID_Compact指令的模式指令的模式 2/23)自动模式自动模式在自动模式，在自动模式，PID Compact工艺对象根据设置的工艺对象根据设置的PID参数进行闭环控制。满足下列调参数进行闭环控制。满足下列调节之一时，控制器将进入自动模式：节之一时，控制器将进入自动模式：l 成功地完成了首次启动自调节和运行中自调节的任务；成功地完成了首次启动自调节和运行中自调节的任务；l 在组态窗口中选中了在组态窗口中选中了“使用手动使用手动PID参数设置参数设置”复选框复选框4)手动模式手动模式在手动模式下，在手动模式下，PID控制的输出变量用手动设置。满足下列调节之一，控制器将进入控制的输出变量用手动设置。满足下列调节之一，控制器将进入手动模式：手动模式：指令的输入参数指令的输入参数“ManualEnable”(启用手动启用手动)为为1状态。状态。在调试窗口选中了在调试窗口选中了“手动手动”复选框。复选框。175.3 PID_Compact指令指令组态基本参数组态基本参数 1/2选中反作用控制器，用来保证负反馈选中选中“PID_Compact”指令，然后选中巡视窗口左边的指令，然后选中巡视窗口左边的“基本参数基本参数”，在右边窗口设置，在右边窗口设置PID的基本参数。的基本参数。185.3 PID_Compact指令指令组态基本参数组态基本参数 2/2选择来自用户程序或外设输入“Tag_11”和和“Tag_12”分别时分别时IW64(CPU集成的模拟量输入通道集成的模拟量输入通道0)和和QW80(1AO信号板的信号板的模拟量输出模拟量输出)。195.3 PID_Compact指令指令组态输入标定组态输入标定模拟量的实际值模拟量的实际值(或来自用户程序的输入值或来自用户程序的输入值)为为0.0%100.0%时，时，A/D转换后的数字为转换后的数字为0.0 27648.0。可以设置输入的上限和下限，在运行时一旦超过上限或低于下限，停止正常控制，可以设置输入的上限和下限，在运行时一旦超过上限或低于下限，停止正常控制，输出值被设置为输出值被设置为0。205.3 PID_Compact指令指令组态高级设置组态高级设置-输入监视输入监视为了设置为了设置PID的高级参数，打开项目树中的文件夹的高级参数，打开项目树中的文件夹“PLC_1工艺对象工艺对象PID_DB”，双击，双击“组态组态”，打开，打开PID_Compact对象；或者点击对象；或者点击PID_Compact指令右上角的指令右上角的 图标，也图标，也可打开可打开PID组态对话框。组态对话框。运行时如果输入值超过设置的上限值或低于下限值，指令的运行时如果输入值超过设置的上限值或低于下限值，指令的bool输出参数输出参数“InputWarning_H”或或“InputWarning_L”将变为将变为1.215.3 PID_Compact指令指令组态高级设置组态高级设置-PWM监视监视该设置影响指令的输出变量该设置影响指令的输出变量“Output_PWM”。PWM的开关量输出受的开关量输出受“PID_Compact”指令的控制，与指令的控制，与CPU集成的脉冲发生器无关。集成的脉冲发生器无关。225.3 PID_Compact指令指令组态高级设置组态高级设置-输出限制输出限制设置输出变量的限制值，使手动模式或自动模式时设置输出变量的限制值，使手动模式或自动模式时PID的输出值不超过上限和低于下的输出值不超过上限和低于下限。限。用用Output_PWM作作PID的输出值时，只能控制正的输出变量。的输出值时，只能控制正的输出变量。235.3 PID_Compact指令指令组态高级设置组态高级设置-PID参数参数245.3 PID_Compact指令指令用用PID指令设置参数指令设置参数可以在可以在PID指令上直接输入指令的参数，未设置指令上直接输入指令的参数，未设置(采用默认值采用默认值)的参数为灰色。的参数为灰色。点击指令框下面向下的箭头，将显示点击指令框下面向下的箭头，将显示更多的参数；更多的参数；点击向上的箭头，将不显示指令中灰点击向上的箭头，将不显示指令中灰色的参数；色的参数；点击某个参数的实参，可以直接输入点击某个