应用实例：PLC控制PID指令优化

1.脉冲量入模拟量出PID控制

系统的原理框图见图4-42。

从图4-42可知，这里一个重要问题是，如何读入旋转码盘生产的脉冲信号，并将其转换为频率信号，以用做转速反馈值。而有了这个反馈值，加上给定值，再采用某个控制算法计算，即可得出控制量。如果控制算法合适，选用的控制参数得当，则可有效地实现系统闭环控制了。

图4-43所示为PLC控制程序，设备用的是沈阳旭风电子开发公司的SAC-PLC-TS4测试台。

图4-42 PI/AOPID控制原理框图

图4-43 脉冲量入模拟量出控制程序

图4-43a为欧姆龙CPM2A机程序。图中①STIM为定时中断设定及启用指令。它用“P_First_C”（仅在第一个扫描周期ON）作为执行条件。两指令配合使用，使定时中断初始化并启用。选定这些操作数的STIM指令含义是，每隔100ms定时中断一次，中断时调子程序1。

图中⑦为子程序1，它用XFER指令，把高速计数器的现值（CPM2A机高速计数器现值存于通道248、249中）传送给“BCD脉冲频率”。接着，使252.00ON，使高速计数器复位（高速计数器预设成仅用软复位）。再接着，把“BCD脉冲频率”转换成“二进制脉冲频率”。当然，为使CPM2A具有高速计数功能，还得作相应设定。

可知，这里“BCD脉冲频率”为每100ms采集的脉冲数。因为CPM2A的高速计数器用BCD码表达，故在XFER指令执行后，得到的就是BCD码的脉冲频率。

由于欧姆龙的PID指令用的反馈值是二进制码。故这里紧接着又做了BCD码到二进制码转换。

图中③为执行PID指令。仅一个执行条件。这里“参数变化”何意？当偏差与“偏差很大”比较变化时，它的常闭触点OFF一个周期，以使所选定的新参数生效。这是因为欧姆龙C系列机PID指令执行后，改变参数无效，用这么处理就能生效了。

执行PID指令后的“原码输出值”也是二进制值，故不必变换，直接用于模拟量出通道就可以了。

要补充的是，最好能依据误差变化，选择不同的控制参数，以提高控制效率。图中④进行偏差大小比较。偏差值大于“很大偏差”时，LR1.10ON，小于时，LR1.11ON。这两种情况赋给PID指令不同的控制参数。该程序用了DIST指令（见图⑤、⑥）。它是偏移传送指令，执行时，把第1个操作数传送给，第2操作数地址加第3个操作数形成的DM地址。如图所示，如偏差大于“很大偏差”时，将把500赋给“原码给定值”+1的DM地址，即存储“比例带”参数的地址；而小于时，则把2000赋给它，使控制作用弱些。还可用第3操作数的不同DIST指令，以进行其它参数修改。只是该图未把要改的参数全部列出。

欧姆龙CS系列机的PID指令执行后，参数可即改，即其作用，就无须进行上述处理。

图4-43b为S7-200机程序。图中①为初始化，为PID设定初始化参数；②为把脉冲频率转换为0～1.0的实数，而脉冲频率则用高速计数器采集；③为执行PID指令；④～⑦为数据转换计算，把控制输出传送给AQW0。如需多个PID参数，可对偏差值进行判断，以选定相应的参数，但该程序没有示出。(www.xing528.com)

图4-44 电炉温度PID控制框图

2.模拟量入脉冲量出PID控制

这种闭环控制反馈输入的是模拟量，而控制输出是脉冲量。脉冲量可以是不同的输出脉冲数，不同的脉冲频率或不同的脉宽。图4-44所示的为模拟量入脉冲量出的电炉温度闭环控制框图。

从图4-44可知，它的输入与模拟量控制时的输入相同。输出要用到脉冲量。现以使用脉宽调制的脉冲输出为例，介绍它的PID控制有关程序。

图4-45为用CPM2A及S7-200机实现这个控制的程序。设备用的是沈阳旭风电子开发公司的SAC-PLC-TS3A测试台。

图4-45a为CPM2A机程序。其模拟量模块用CPM1A_MA002。

从图4-45可知，该初始化的目的把常数FEFF赋值给“工作参数设定”通道。参阅CPM1A_MA002说明书知，它使各模拟量输入通道可用电压或电流输入，范围为1～5V或1～5mA。而且，输入值已做了滤波。

由于控制电路的原因，它的参数设定设为正控制，即反馈值大，控制输出也大。这在程序上无法体现，只是在此说明。PID的参数也可用图4-43例子的处理，在此不再重复说明。故该图只是整个程序的控制及输出部分。

从图知，控制程序也仅两条指令，PID及其执行条件。PID指令的输入、输出均为二进制码。反馈输入，即PID指令的第1操作数，直接用模拟量输入通道。输出，即它的第3操作数，也是二进制码，在0～FF间变化。而脉宽调制PWM指令控制输出（第3个操作数，它的第1操作数为指定发送口，第2操作数为指定脉冲频率的10倍）用的是BCD码，而且只能在0～100间变化。故从PID计算得到输出到PWM的真正输出需进行转换。

图4-45 模拟量输入脉冲量输出控制程序

该程序用了MLB（二进制运算乘10），DVB（二进制运算除25），及BCD指令就是实现这个转换。

最后不进行PID控制时，PWM输出为100，为最大值，目的是停止电炉加温。

图4-45b为S7-200机初始化程序，为脉冲宽度可调输出进行设定。输出口为Q0.1，周期为100ms。图中①为处理模拟量输入，使其始终在0～1.0之间。图中②为执行PID指令，其输出为VD108。图中③～⑥为数据转换计算，把控制输出传送给SMW80（在0～100ms之间变化），用以控制脉冲宽度。图中⑦为执行PLS指令，进行脉冲输出。如需多个PID参数，可对偏差值进行判断，以选定相应的参数，但该程序没有示出。

这里程序都不太复杂，但参数怎么设定是很关键的。设置不当，也将达不到预期的控制效果。