如何使用PLCPID指令进行精确控制

1.欧姆龙PLCPID指令

欧姆龙公司PLC的PID指令格式如图4-37所示。

对C200HS、CPM2A、CQM1H和C200HX等系列PLC，PID为扩展功能指令，使用前，其功能码应先作分配。而CS1G、CJ1G、CS1H、CS1G-H、CS1H-H、CJ1G-H、CJ1H-H及CJ1M.机，其PID指令功能码为190。其中：S为输入字，十六进制数，调节量（实际值）输入到这个字中；D为控制输出字（通道），十六进制数，运算后的PID值，即控制值，放在这个字中；C为PID控制参数首字，从C1～（C1+32），这33个字应放在同一个连续数据区内。

CP2A等机型C1～（C1+32）的各个字的含义见有关说明书。而CS1G及其后续机，增加了输出上下限控制，其参数共39个字，也应分布在同一连续的数据区中，其中C1+7、C1+8即用于存所期望的输出下限值及上限值。欧姆龙PID指令的应用可参阅它的相关说明书。

CP2A等机型C1～（C1+32）的各个字的含义见表4-1。而CS1G及其后续机，增加了输出上下限控制，其参数共39个字，也应分布在同一连续的数据区中，其中C1+7、C1+8即用于存所期望的输出下限值及上限值。表4-1所示就是CP2A等机各参数含义。

图4-37 PID指令

表4-1 CP2A等机控制字含义

欧姆龙PLC的PID指令还用了两个自由度的目标值PID控制技术。两个自由度的目标值PID控制技术的特点是，除了反馈控制，还用了前馈控制。具体的控制框图见图4-38。

图4-38 两个自由度算法框图

从图4-38可知，它的控制值不仅取决于对偏差值的PID运算，而且，还对当设定值做了滤波处理，设定值的变化，也会提前（前馈）作用于控制变量。

有了这个设定值变化的前馈处理，可改善在设定值改变时系统的动态特性。这个技术是欧姆龙专利，不仅其PLC的PID控制用它，而且其温控仪表也用它。

提示：怎么使用这个前馈控制，要对控制字C+5的第4～第15位作相应设定，以确定这个前馈作用的强弱。默认为000，其滤波系数为0.65。

此指令不能放在IL（02）和ILC（03）、JMP（04）和JME（05）指令之间，或放在子程序中，或放在步指令（STEP（08）/SNXT（09））中。否则不能执行。

当指令的执行条件OFF时，本指令不执行，但设定的参数保留，控制值由输出字D的内容确定。这时，直接写D，改变它的值，可实现手动控制。

当指令的执行条件第一次从OFF到ON时，先读参数，初始化工作区，然后执行PID运算，并把结果值送给D。要注意的是，对CS1机之前的机型，一旦指令开始执行，参数改变将不起作用。

图4-39 扫描周期与采样周期关系

当指令的执行条件继续ON时，执行本指令，但只在设定采样时间到的周期才执行。图4-39所示为PLC扫描周期与采样周期（设为100ms）以及执行本指令间的关系。

如果C数据超出范围，将产生一个错误，PLC错误标志位ON。如果实际采样周期大于指定采样周期的两倍，将产生一个错误，错误标志置ON，而PID控制继续执行。

PID执行时进位标志置ON。

对CS1机，执行PID动作后，操作变量超过上限，大于标志置ON，此时计算结果以上限值输出。执行PID动作后，操作变量低于下限，小于标志置ON，此时计算结果按下限值输出。

表4-2所示为执行PID指令时，在不同情况下，各标志位的取值。一般可通过对这些值的判断，得知本指令是否得以正确执行。

表4-2 执行PID指令时标志位状态

PID控制的好处是可以不必了解系统的数学模型，只要能检测出偏差，就可对系统实现准确、没有误差及稳定的控制。(www.xing528.com)

PID控制用途广泛、使用灵活，已有很多成功的实例。在使用时，只需设定好4个参数（T、K_p，Ki和K_d）即可。在很多情况下，并不一定需要全部3个控制，可以取其中的一到两个控制，但比例控制是必不可少的。

虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID控制就可以用了。

但是，PID控制也有其局限性。PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，效果不是太好。如果系统过于复杂，有时可能无论怎么调参数，都不易达到目的。

2.三菱FX机PID指令

其指令格式如图4-40所示。

其中：S1为目标，即设定值；S2为测定值或说当前值、实际值；S3为PID参数存储区的首地址，参数区共25个字，其各字的含义见有关说明书；D为执行PID指令计算后得到的输出值或说控制输出。

V2.00以上版本，不仅可实现PID控制，还可参数自整定、输出值上、下限设定。

图4-40 PID指令

图4-41 PID指令

本指令可多次调用，不受限制，但所用的数据区不能重复。在子程序、步进指令中也可使用，但用前，要清零S3+7的数据。三菱高档机PID指令功能更强，其编程手册对其有详细介绍。

3.S7-200PID指令

其梯形图格式如图4-41所示。

其中：TBL为PID控制参数存储区的开始字节地址，这参数区共36个字节，存9个参数，包括程序变量、设置点、输出、增益、采样时间、整数时间（重设）、导出时间（速率）以及整数和（偏差）的当前值及先前值，详细含义见表4-3；LOOP为PID回路编号，可在0～7间取值，在一个程序不能用相同编号，这意味着在一个S7-200的程序中，PID指令最多只能用8次，但此指令也可在子程序、中断程序中执行；EN、ENO为西门子PLC指令调用输入、输出机制。输入端EN逻辑条件ON，则执行本指令，OFF不执行；本指令正确执行，则输出ENOON，否则，OFF。

表4-3 S7-200 PID指令参数区含义

STEP 7-Micro/WIN 32提供有PID指令使用向导，为模拟量控制程序定义PID算法子程序。选择菜单命令工具→指令向导，并从指令向导窗口选择PID。即可一步步按提示操作。具体操作步骤是：

1）指定回路编号：只能在0～7间选择，且不能重复。

2）设定回路参数：指定表的首地址、回路参数及输入设定值地址。参数有采样时间、增益、积分时间、微分时间。

3）设定回路输入、输出：指定输入和输出地址、极性（单向还是双向）及高、低限。

•单极（可编辑默认范围0～32000）；

•双极（可编辑默认范围-32000～32000）。

4）设定报警：指定回路警报选项，有过程值（PV）低报警、过程值（PV）高报警及模拟输入模块出错报警，以及这些报警的输出位。同时，要指明该输入模块安放加在PLC上的位置。

5）为计算指定内存区：使用PID指令，除了要用V内存中的一个36个字节的参数表，还要求一个“暂存区”，用于存储临时计算结果。在此需指定该计算区开始的V内存字节地址。还可以选择增加PID的手动控制。如选用也可手动控制，则还要指定使用的控制输入点。

6）指定初始化子程序和中断例行程序名称。

以上选项全部作做完，回答完成，即开始生成代码。当生成代码完成，将在子程序中增加所命名的初始化子程序项及中断子程序项。要使用它，在主程序中调用此初始化子程序就可以了。