优化模拟量控制系统程序

（1）指令功能与格式 PID指令的格式见图7-178。不可32位操作及边沿执行。

①偏差计算。自动计算给定值与反馈值的偏差，实现闭环控制。

②PID运算。对偏差作P、I、D运算，实现PID调节并输出。

③报警输出。对测量反馈输入与PID输出变化率监控，输出相应报警。

④输出限制。上/下极限设定，将PID输出限制在规定范围。

⑤自动调谐。自动设定PID调节参数。

图7-176 模块控制参数的赋值程序

图7-177 模块I/O控制程序

图7-178 PID指令的格式

[S1.]：D，给定输入存储器地址；[S2.]：D，反馈输入存储器地址；[S3.]：D，PID调节与控制参数，连续29字。FX_1S/1N/2N系列PLC为25字；[D.]：D，PID运算结果输出存储器地址；[S3.]：PID控制参数设定，长度为25～29字，需要先进行程序设定，见表7-94。PID输出变化率监控与输出限制值设定参数相同，两种功能不能同时选择。

表7-94 PID控制参数的设定

（续）

①PID输出变化率监控与PID输出限制值设定参数相同，2种功能不能同时选择。

②参数在FX_1S/FX_1N/FX_2N系列PLC不能使用。

（2）PID调节方式 闭环系统调节，P有快速性，D有预先性，I消除稳态误差。FX系列PID通过（[S3]+1）bit0设定正向与逆向调节。PID输出随反馈增加而增加是“正动作”，PID输出随反馈增加而减少是“逆动作”，见图7-179。

（3）PID调节运算 PID调节运算包括比例增益K_p、积分时间T_i、微分时间T_d、微分增益K_d。其中，增加K_p可缩短调节时间但引起超调，见图7-180。为消除闭环系统稳态误差，用PI调节及增加I后，系统误差通过积分调节累计，在偏差输入为“0”时系统输出仍保持。PI调节过程中积分时间越短，系统响应快会引起系统超调，见图7-181。用PI闭环系统在消除稳态误差时也延缓了系统响应速度，当受外部扰动时恢复速度慢，需PID调节增加系统快速性。K_d、T_d的值越大，系统响应速度越快，见图7-182。

图7-179 PID调节的正动作与逆动作

图7-180 比例增益作用

图7-181 积分时间作用

图7-182 微分调节作用(www.xing528.com)

（4）附加功能说明

1）变化率监控功能。由（[S3]+1）bitl/bit2设定，PID选择“反馈输入变化率监控”与“PID调节器输出变化率监控”。PID输出变化率监控不能与PID输出限制同时选用。变化率指相邻2个采样周期数值变化量，正反向变化率监控阈值可分别设定，变化率超监控阈值报警，见图7-183。

图7-183 变化率监控功能

2）输出限制功能。将超限值PID输出限制在上限或下限范围内，见图7-184。由（[S3]+1）bit5设定，输出上/下限值由[S3]+22、[S3]+23设定，输出上/下限与输出变化率监控阈值设定相同，（[S3]+1）bit5与（[S3]+1）bit2设定区分，同一PID不能同时设定2种功能。

图7-184 输出限制功能

图7-185 阶跃法自动调谐

（5）自动调谐 自动设定PID调节参数。在PID输出强制施加输出值，再通过检测输入变化自动计算并设置PID参数。通过设定（[S3]+1）bit6，用“阶跃法”与“极限循环法”完成系统自动调谐过程，自动设定K_p、T_i、T_d。

①阶跃法自动调谐。在PID调节输出强制加突变量，测量调节器输入变化死区时间L与最大斜率R确定PID参数，见图7-185。

②极限循环法自动调谐。PID输出强制加入最大值与最小值循环变化突变量，测量输入变化振幅a与周期τ确定PID调节参数，见图7-186，自动调谐参数MV₁、MV₂与到位范围由[S3]+26、[S3]+27、[S3]+25给定。（[S3]+1）bit4设定启动，调谐完成后（[S3]+1）bit4恢复“0”。

图7-186 极限循环法自动调谐

图7-187 初始程序设定

（6）项目示例 某加热系统，测温输入FX_2N—4AD—TC的CH2，K型热电偶，反馈输入滤波常数70%；目标温度为50℃，加热器输出为周期2s的PWM型，输出“ON”加热，PID输出限制功能有效。X10自动调谐启动；X11为PID调节启动；Y0为PID出错报警；Y1为加热器控制；D500目标温度，精度为0.1℃；D501温度反馈，精度为0.1℃；D502为PID输出；PID控制参数设定D510～D538。PID参数自动调谐设定；自动调谐采样时间为3s；阶跃调谐时的PID输出突变量为最大输出的90%，PID采样时间为0.5s。

图7-188 自动调谐参数设定

1）初始程序设定，见图7-187。自动调谐与PID控制公共程序。目标温度精度0.1℃，微分增益“0”为微分无效。PID调节输出为加热器“ON”，输出Yl的PWM信号周期2s，加热器ON上限2s、下限0s。

2）自动调谐参数设定，见图7-188。X10=1时有效。参数设定到起始地址D510的PID数据存储器。

3）PID调节，见图7-189。自动调谐与正常PID调节共用PID指令，正常PID调节时需修改采样时间。PLC开机或控制时清除PID输出。

图7-189 PID调节

4）输出控制，见图7-190。自动调谐执行完成状态检查PID参数（D511bit4）确认，自动调谐完成D511的bit4=0，清除标记M1。PWM信号周期2s。加热器输出T246当前时间与PID调节器输出D502比较，如T246的时间大于PID调节输出D502，加热器ON；反之OFF。在Y1为ON时间受D502控制的PWM输出。PID调节出错M8067=1，驱动系统报警Y0。

图7-190 输出控制