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1、项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用 1.掌握掌握PID指令的基本应用指令的基本应用 2.熟悉熟悉PLC的日常维护的日常维护 3.应用应用PID指令进行控制指令进行控制 学时学时: 3 习题习题: 5.8 5.6教学目的和要求教学目的和要求项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用 目目 录录一、一、任务导入和分析任务导入和分析二、二、相关知识相关知识 PIDPID指令
2、指令三、三、任务实施任务实施四、四、知识拓展知识拓展 PLCPLC的日常维护的日常维护 项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用一、任务导入与分析一、任务导入与分析PLC图图5-18 温度检测和控制系统示意图温度检测和控制系统示意图项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用 图图5-18所示为用所示为用PLC构成温度的检测和控制系构成温度的检测和控制系统示意图。通过电压加热电热丝产生温度，温度统示意图。通过电压加热电热丝产生温度，温度再通过温度变送器变送为电压。加热电热丝时
3、根再通过温度变送器变送为电压。加热电热丝时根据加热时间的长短可产生不一样的热能，这就需据加热时间的长短可产生不一样的热能，这就需用到脉冲。输入电压不同就能产生不一样的脉宽，用到脉冲。输入电压不同就能产生不一样的脉宽，输入电压越大，脉宽越宽，通电时间越长，热能输入电压越大，脉宽越宽，通电时间越长，热能越大，温度越高，输出电压就越高。越大，温度越高，输出电压就越高。项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用 PID控制示意图如图控制示意图如图5-19所示。通过所示。通过PLC+AD+DA实现实现PID闭环控制，只要比例，积分，微分闭环控制
4、，只要比例，积分，微分系数取得合适，系统就容易稳定，这些都可以通过系数取得合适，系统就容易稳定，这些都可以通过PLC软件编程来实现。软件编程来实现。图图5 5-19 PID19 PID控制示意图控制示意图项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用二、相关知识二、相关知识 PID指令指令 PID(比例比例-积分积分-微分微分)控制是一种自动控制方法，控制是一种自动控制方法，在过程控制领域中的闭环控制中得到了广泛应用。在过程控制领域中的闭环控制中得到了广泛应用。S7-200CPU提供了提供了8个回路的个回路的PID功能，用以实现需功能，用
5、以实现需要按照要按照PID控制规律自动调节的控制任务，比如温度、控制规律自动调节的控制任务，比如温度、压力、流量控制等等。压力、流量控制等等。PID功能一般需要模拟量输入，功能一般需要模拟量输入，以反映被控制的物理量的实际值即反馈，而用户设以反映被控制的物理量的实际值即反馈，而用户设定的调节目标值即为给定。定的调节目标值即为给定。PID运算的任务就是根据运算的任务就是根据反馈与给定的相对差值，按照反馈与给定的相对差值，按照PID运算规律计算出结运算规律计算出结果，输出给执行机构进行调节，以达到自动维持被果，输出给执行机构进行调节，以达到自动维持被控制的量跟随给定值变化。控制的量跟随给定值变化。
6、项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用1. PID回路指令及算法回路指令及算法PID TBL，LOOP图图5-20 PID指令指令 （1）PID回路指令回路指令 PID回路指令功能：用回路表回路指令功能：用回路表中的输入信息和组态信息，进行中的输入信息和组态信息，进行PID运算。其中回路表的起始地址运算。其中回路表的起始地址TBL为为VB，回路号，回路号LOOP为为07的常数。的常数。 （2）PID算法算法如果一个如果一个PID回路的输出回路的输出M(t)是时间的函数，则：是时间的函数，则：项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应
7、用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用 以上各量都是连续量，第一项为比例，最后一以上各量都是连续量，第一项为比例，最后一项为微分，中间两项为积分。其中项为微分，中间两项为积分。其中e是给定值与被控是给定值与被控制变量之差，称为回路偏差。制变量之差，称为回路偏差。Kc叫回路增溢，叫回路增溢，M0 为回路输出的初始值。用数字计算机处理这个控制为回路输出的初始值。用数字计算机处理这个控制算式，必须将连续算式进行离散化，公式如下：算式，必须将连续算式进行离散化，公式如下： Mn = Kc(SPn - PVn) + Kc*Ts/Ti*(SPn - PVn) + MX + Kc*T
8、d/Ts*(PVn-1 - PVn) 公式中包含公式中包含9个用来控制和监视个用来控制和监视PID运算的参数，运算的参数，在在PID指令使用时构成回路表，回路表的格式如表指令使用时构成回路表，回路表的格式如表5-4所示。所示。项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用表表5-4 PID回路表回路表参数参数地址地址偏移量偏移量数据格式数据格式I/O类型型说明明过程程变量当前量当前值PVn0双字，双字，实数数I过程程变量：量：0.0 1.0给定定值SPn4双字，双字，实数数I给定定值: 0.0 1.0输出出值Mn8双字，双字，实数数I/O
9、输出出值: 0.0 1.0增溢增溢Kc12双字，双字，实数数I比例常数：正、比例常数：正、负采采样时间Ts16双字，双字，实数数I单位位为秒，正数秒，正数积分分时间Ti20双字，双字，实数数I单位位为分分钟，正数，正数微分微分时间Td24双字，双字，实数数I单位位为分分钟，正数，正数积分分项前前值MX28双字，双字，实数数I/O积分分项前前值：0.0 1.0过程程变量前量前值PVn-132双字，双字，实数数I/O最近一次最近一次PID变量量值项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用2. PID回路类型选择回路类型选择 在大部分模拟量
10、控制系统中，使用的在大部分模拟量控制系统中，使用的PID回路控回路控制类型并不是都包括比例、积分、微分。通过对常量制类型并不是都包括比例、积分、微分。通过对常量参数的设置，可以关闭不需要的控制类型。参数的设置，可以关闭不需要的控制类型。 关闭比例回路：将比例增溢关闭比例回路：将比例增溢Kc设置为设置为0。 关闭积分回路：将积分时间关闭积分回路：将积分时间Ti设置为无穷大，此设置为无穷大，此时只有积分初始值时只有积分初始值MX，其积分作用可以忽略。，其积分作用可以忽略。 关闭微分回路：将微分时间关闭微分回路：将微分时间Td设置为设置为0。项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用
11、 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用 为了用为了用PLC控制控制PID回路，需要将实际测量输回路，需要将实际测量输入量、设定值、回路表中的其它输入参数进行标准入量、设定值、回路表中的其它输入参数进行标准化处理，即用程序将它们转化为化处理，即用程序将它们转化为PLC能够识别和处能够识别和处理的数据，例如将从理的数据，例如将从AI采集来的采集来的16位整数转化为位整数转化为0.01.0之间的标准化实数。标准化实数分为：双极性之间的标准化实数。标准化实数分为：双极性（围绕（围绕0.5上下变化）；单极性（在上下变化）；单极性（在0.01.0之间变之间变化）。化）。 程序执行时将各个标准化实数量
12、用离散化程序执行时将各个标准化实数量用离散化PID算式进行处理，产生一个标准化的料数运算结果，算式进行处理，产生一个标准化的料数运算结果，这一结果也要用程序将其转化为相应的这一结果也要用程序将其转化为相应的16位整数，位整数，然后周期性地将其传送到指定的然后周期性地将其传送到指定的AQ中，用以驱动模中，用以驱动模拟量的输出负载，最终实现控制。拟量的输出负载，最终实现控制。3. 数值转换及标准化数值转换及标准化项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用4. PID指令的控制方式指令的控制方式 S7-200 PID回路没有设置控制方式，只
13、要回路没有设置控制方式，只要PID有效就可以有效就可以执行执行PID运算。也就是说，运算。也就是说，PID运算存在一种运算存在一种“自动自动”运行方运行方式。当式。当PID运算不被执行时称为运算不被执行时称为“手动手动”方式。当方式。当PID指令使指令使能位检测到一个信号的正跳变时，能位检测到一个信号的正跳变时，PID指令将进行一系列运算，指令将进行一系列运算，实现从手动方式到自动方式的转变。为了顺利转变为自动方式，实现从手动方式到自动方式的转变。为了顺利转变为自动方式，在转换到自动方式之前，由手动方式所设定的输出值必须作为在转换到自动方式之前，由手动方式所设定的输出值必须作为PID指令的输入
14、写入回路表。指令的输入写入回路表。PID指令对回路表内的数值进行指令对回路表内的数值进行下列运算，保证当检测到使能位出现正跳变时，从手动方式顺下列运算，保证当检测到使能位出现正跳变时，从手动方式顺利换成自动方式。其应用详教材。利换成自动方式。其应用详教材。 置给定值置给定值SPn = 过程变量过程变量PVn 置过程变量前值置过程变量前值PVn-1 = 过程变量当前值过程变量当前值PVn 置积分项前值置积分项前值MX = 输出值输出值(Mn)项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用三、任务实施三、任务实施编写温度检测和控制系统的程序编
15、写温度检测和控制系统的程序主程序主程序网络网络1 LD SM0.1CALL SBR_0 项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用子程序子程序SBR_0网络网络1 LD SM0.0MOVR 1.0, VD104 MOVR 1.0, VD112 MOVR 0.1, VD116 MOVR 1.0, VD120 项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用MOVR 0.0, VD124 MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10 ENI 项目五项目五 PLCPLC特殊
16、功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用中断程序中断程序INT_0 网络网络1 /采样模拟量采样模拟量,并转换为双整并转换为双整数数 LD SM0.0ITD AIW0, AC0 /双整数转换为实数双整数转换为实数 DTR AC0, AC0 /数值标准化数值标准化,范围范围: 0.01.0 /R 32000.0, AC0 / 送回路表输入值单元送回路表输入值单元 MOVR AC0, VD100 / 手动手动/自动切换开关自动切换开关 / 执行执行PID指令指令网络网络2LD I0.0 PID VB100, 0 项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块
17、应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用网络网络3 /控制输出量控制输出量LD SM0.0MOVR VD108, AC0 /将控制量标准化将控制量标准化*R 32000.0, AC0 /实数转换为双整数实数转换为双整数ROUND AC0, AC0 /双整数转换为整数双整数转换为整数DTI AC0, AC0 /将数值写入模拟值输出将数值写入模拟值输出 MOVW AC0, AQW0 图图5-18 温度检测和控制系统程序温度检测和控制系统程序项目五项目五 PLCPLC特殊功能模块应用特殊功能模块应用 任务三任务三 PIDPID指令应用指令应用四、知识拓展四、知识拓展 PLC的日常维护的日常维护 1日常清洁与巡查日常清洁与巡查2定期检查维护定期检查维护3PLC系统的设备更换系统的设备更换（1）更换）更换S7PLC的信号模板的信号模板（2）更换）更换S7PLC数字量输出模板的保险管数字量输出模板的保险管（3）更换）更换S7PLC的后备电池的后备电池
