PID控制器的自动整定方法

PID 控制器正常运行需要符合实际运行系统及工艺要求的参数设置，但由于每套系统不完全一样，所以每套系统的控制参数也不尽相同。用户可自己手动调试，通过参数访问方式修改对应的 PID 参数，在调试面板中观察曲线图；也可使用系统提供的参数自整定功能进行设定。PID 自整定是按照一定的数学算法，通过外部输入信号激励系统，并根据系统的反应方式来确定PID参数。S7-1200 PLC提供了两种整定方式，启动整定和运行中整定，分别如图7.27和图7.28所示。

图7.27　启动整定

图7.28　运行中整定

7.2.7.1 Start Up（启动自整定）

1.应用条件

（1）│设定值－反馈值│＞0.3×│输入高限－输入低限│。

（2）│设定值－反馈值│＞0.5×│给定值│。

（3）指令块的状态成为手动模式或未激活模式。

2.参数设置

参数设置的方法：可通过参数访问的模式打开工艺对象数据块，选择参数sPid_Calc.i_CtrlTypeSUT，用于启动自整定时选择PID或PI控制器。CHR为Chien，Hrones and Reswidk的缩写，是一种整定算法。

sPid_Calc.i_CtrlTypeSUT：启动自整定模式选择。

O＝CHR PID

1＝CFIR PI

7.2.7.2 Tune in Run（运行中整定）

1.应用条件

（1）PID_Compact指令块必须在Manual Mode（手动模式）、Inactive Mode（未激活模式）或Automatic Mode（自动模式）中使用。

（2）│设定值－反馈值│＜0.3×│输入高限－输入低限│

（3）│设定值－反馈值│＞0.5×│给定值│

2.参数设置

可通过参数访问的模式打开工艺对象数据块，选择参数sPid_Calc.i_CtrlTypeTIR用于运行整定时选择算法：A（高级PID整定）算法，此算法可选择系统响应速度auto（自动）、fast（快速）、slow（慢速）；ZN算法，ZN为Ziegler Nichols缩写，又可分为PID、PI、P三种整定类型。

sPid_Calc.i_CtrlTypeTIR：运行自整定模式选择。

0＝A PID auto

1＝A PID fast

2＝A PID slow

3＝ZN PID

4＝ZN PI

5＝ZN P

注意：PID控制器的模式共分为五种，即Inactive、Automatic、SUR、TIR、Manual。

7.2.7.3 调试面板说明

1.调试面板结构

调试面板的结构如图7.29所示。图中所标四大区域的对应注释如下所述。

图7.29　调试面板

① 调试面板控制区。包括如下选项：

·Start measurement（启动测量功能）。

·Stop measurement（停止测量功能）。(www.xing528.com)

·Sample Time（采样时间）：这里指调试面板测量功能的采样时间。

② 趋势显示。此区以曲线方式显示设定值，反馈值及输出值。

③ 调节状态显示区。此区用于显示整定状态。包括如下选项：

·Status（状态）。

·Process（整定进程）。

·Upload PID parameters to project（上载参数到项目）：将已整定好的PID参数从CPU上载到项目。

④ 当前值显示。用户在此区域可监视给定值、反馈值、输出值，并可手动强制输出值，单击Manual前的方框，用户就可在Output栏内输入百分比形式的输出值。

2.趋势显示面板

趋势显示面板的说明如图7.30所示。图中序号对应组件的注释如下。

图7.30　趋势视图面板

① 工具栏。

② 趋势视图。

③ 移动和缩放轴的区域。

④ 标尺。

⑤ 在标尺中的趋势值：Setpoint（给定值）、ScaledInput（反馈值）和Output（输出值）。

显示模式可在如图7.31所示的下拉列表框中进行选择。

·Strip：条状（连续显示）。新趋势值从右侧输入视图，以前的视图卷动到左侧，时间轴不移动。

·Scope：示波图（跳跃区域显示）。新趋势的值从左到右进行输入，当到达右边趋势视图时，监视区域移动一个视图宽度到右侧，时间轴在监视区域限制内可以移动。

图7.31　趋势视图显示模式选择

·Sweep：扫动（旋转显示）。新的趋势值以旋转方式在趋势图中显示，趋势的值从左到右输出，上一次旋转显示被覆盖，时间轴不动。

·Static静态（静态区域显示）。趋势的写入被中断，新趋势的记录在后台执行，时间轴可以移动。

3.移动或缩放轴

给定值、反馈值及时间值的轴是可以移动和缩放的。鼠标按钮的右键和左键被分配了不同功能，可使用以下图标和鼠标动作，如表7.14所示。

表7.14　趋势视图中轴的移动与缩放

4.使用标尺

使用一个或多个标尺分析趋势曲线的离散值。

移动鼠标到趋势区域的左边并注意鼠标指示的变化，拖动垂直的标尺到需要分析的测量的趋势。趋势输出在标尺的左侧，标尺的时间显示在标尺的底端。激活标尺的趋势值显示在测量值与标尺交点处。如果多个标尺拖动到趋势区域，各自的上一个标尺被激活。激活的标尺由相应颜色符号显示，通过单击可以重新激活一个停滞的标尺。使用快捷键 ALT＋单击移出不需要的标尺，如图7.32所示。

图7.32　标尺

5.上传参数

整定过程是在 CPU 内部进行的，整定后的参数并不在项目中，所以需要上传参数到项目。点击调试面板下部的“Upload PID parameters to project”按钮，将参数上传到项目，如图7.33所示。

图7.33　上传参数

上传参数时要保证软件与CPU之间的在线连接，并且调试模板要在测量模式，即能实时监控状态值，点击上传按钮后，PID工艺对象数据块会显示与CPU中的值不一致，因为此时项目中工艺对象数据块的初始值与CPU中的不一致，可将此块重新下载。