PID功能在实际应用中的案例分析

现假设有一加热系统，加热源采用脉冲控制的加热器，干扰源采用电位计控制的小风扇，使用传感器测量系统的温度，加热器通电时会使其附近的温度传感器温度升高，风扇运转时可给传感器周围降温，设定值为0～10 V的电压信号送入PLC，温度传感器作为反馈接入到PLC，干扰源给定直接输出至风扇。PID结构示例如图7.34示。

图7.34　PID示例——结构图

7.2.8.1 硬件组态

在硬件组态中定义输入/输出点。

IW64：给定值；IW66：反馈值；Q0.O：PWM输出，同时，在变量表中定义变量，如图7.35所示。

图7.35　PID示例——变量定义

7.2.8.2 参数组态

首先在程序中添加循环中断组织块，然后在此循环中断块中添加 PID 指令块。具体步骤为选择“项目树→程序块→添加新块”选项，双击“添加新块”选项（见图7.36），选择“组织块”选项后选择“循环中断”选项。

图7.36　 PID示例——添加循环中断组织块

添加完循环中断块后，选择“指令→工艺→PID控制→PID_Compact”选项，将PID_Compact指令块拖拽到循环中断块中。添加完PID指令块后，会弹出如图7.37所示对话框，要求定义与指令块对应的工艺对象背景数据块。

图7.37　PID示例——定义指令块的背景数据块

1.基本参数组态

图7.38所示为控制器类型选择，可进行给定值、反馈值、输出值组态。如图7.39所示为反馈值量程化组态。

图7.38　PID示例——控制器类型选择给定值、反馈值、输出值组态

图7.39　PID示例——反馈值量程化组态

2.高级参数组态

选择“项目树→工艺对象→组态”选项，双击“组态”进入组态界面，在组态目录树选择“高级设置”进行参数设置，如图7.40～图7.43所示。

图7.40　PID输出值限值

图7.41　PID示例——PWM脉宽限制组态

图7.42　PID示例——上限警告值

图7.43　PID示例——参数设定

注意：

（1）这里在选择PID参数时，用户若有已调试好的参数可选择手动设置；也可先选择系统默认参数，后面使用自整定功能由系统设置参数。

（2）在图7.41中，PWM Limit参数只对自整定时的输出有影响，当系统完成自整定后会自动计算PWM的周期，此周期时间与PID控制嚣采样时间相同。

进入循环中断块中定义中断时间，如图7.44和图7.45所示。

图7.44　PID示例——进入循环中断块

图7.45　PID示例——定义循环中断块的中断间隔时间

注意：此处的中断时间并非PID控制器的采样时间。采样时间为中断时间倍数，由系统自动计算得出。

至此，参数定义部分已完成。(www.xing528.com)

7.2.8.3 程序编制

如图7.46所示，在Main（OB1）中将给定值模拟量输入，量程化为0.0～100.0的实数，并将量程化后的值赋绐MDl4。

图7.46　PID示例——主程序

注意：用户可通过访问工艺对象数据块sRet参数组，手动设置控制器状态（sRet_Mode）或修改PID参数（sRet.r_Ctrl_Ti等）。

7.2.8.4 自整定

此时可以打开调试面板进行PID参数的整定。进入调试面板有两种方式：方式1，在项目树下打开“工艺对象”，双击组态选项，如图7.47所示；方式2，单击PID_Compact指令块右上方的图标，如图7.48所示。

进入整定面板后进行参数自整定。首先，在监控表中将当前的 PID 控制器模式（“PID_Compact_DB”.sRet.i_Mode）设为 O（lnactive），此参数需要在参数访问工艺对象数据块时才能找到，可将其拖入监控表中。之后将设定值（SetpointTemp_Temp）设为80度。

监控表设定自整定起始条件，如图7.49所示。

整定前调试面板显示的状态如图7.50所示，选择“Startup tuning”（启动整定）选项，单击“Start tuning”按钮，使能启动整定模式。图7.49所示状态已满足启动自整定的条件。

（1）|80.0（给定值）－31.7（反馈值）|＞0.3 * |100.0（输入高限）－0.0（输入低限）|。

（2）|80.0（设定值）－31.7（反馈值）|＞0.5 * |80.0（给定值）|。

（3）指令块的状态应为Manual Mode（手动模式）或Inactive Mode（未激活模式）。

图7.47　方式1：由项目树进入调试面板

图7.48　方式2：由指令块进入调试面板

图7.49　PID示例——监控表设定起始条件

图7.50　PID示例——启动整定前状态显示

启动自整定模式整定过程后，系统将会满量程输出，通过计算延时时间与平衡时间的比值等数据来给出建议的PID参数。启动整定趋势显示如图7.51所示。

图7.51　PID示例——启动整定趋势图

在使用自整定过程中，除了使用启动自整定模式，也可使用运行自整定。如图 7.52 所示为运行整定模式中的精确调节状态。系统在进入此模式时会自动调整输出，使系统进入振荡，反馈值在多次穿越设定值后，系统会自动计算出PID参数。

自动整定完成后，系统会进入自动模式。

图7.52　PID示例——运行整定趋势图

注意：当前反馈值与设定值相差较大时，可应用启动自整定模式，反之，应用运行自整定模式。当激活运行自整定模式时，若系统满足启动自整定的条件，则将会先运行启动自整定再执行运行自整定。

7.2.8.5 上传参数

单击调试面板下部的Upload PID parameters to project按钮，将参数上传到项目。由于自整定过程是在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。上传参数设置如图7.53所示。

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。单击“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。上传后的PID参数值如图7.54所示。

图7.53　PID示例——上传参数设置

图7.54　PID参数显示

注意：

（1）PID控制器各种模式的切换需要通过参数sRet.i_Mode（INT）来设定，此参数需通过参数访问工艺对象数据块的方式才能应用，应用此参数允许用户在HMI设备上设定控制器的运行方式（自动、手动、停止）及选择两种自整定方式。

（2）对于控制器的当前状态，可通过PID_compact指令块的State参数来监控，特别对于参数访问工艺对象数据块的应用，需要通过此参数判断控制器当前的状态。

（3）当手动方式切换为自动方式时，控制器可自行实现无扰切换。