PLC的PID指令
1. PID算法
在工業(yè)生產過程控制中，模擬信號PID（由比例、積分、微分構成的閉合回路）調節(jié)是常見的一種控制方法。運行PID控制指令，S7-200西門子plc將根據參數表中的輸入測量值、控制設定值及PID參數，進行PID運算，求得輸出控制值。參數表中有9個參數，全部為32位的實數，共占用36個字節(jié)。PID控制回路的參數表如表6-15所示。
 
表6-15  PID控制回路的參數表

地址偏移量	參數	數據格式	參數類型	說明
0	過程變量當前值PVn	雙字 nbsp;，實數	輸入	必須在0.0至1.0范圍內。
4	給定值SPn	雙字 ，實數	輸入	必須在0.0至1.0范圍內
8	輸出值Mn	雙字 ，實數	輸入/輸出	在0.0至1.0范圍內
12	增益Kc	雙字 ，實數	輸入	比例常量，可為正數或負數
16	采樣時間Ts	雙字 ，實數	輸入	以秒為單位，必須為正數
20	積分時間Ti	雙字 ，實數	輸入	以分鐘為單位，必須為正數。
24	微分時間Td	雙字 ，實數	輸入	以分鐘為單位，必須為正數。
28	上一次的積分值Mx	雙字 ，實數	輸入/輸出	0.0和1.0之間（根據PID運算結果更新）
32	上一次過程變量PVn-1	雙字 ，實數	輸入/輸出	最近一次PID運算值

典型的PID算法包括三項：比例項、積分項和微分項。即：輸出=比例項+積分項+微分項。計算機在周期性地采樣并離散化后進行PID運算，算法如下：
Mn=Kc*（SPn-PVn）+Kc*（Ts/Ti）*（SPn-PVn）+Mx+Kc*（Td/Ts）*（PVn-1-PVn）
其中各參數的含義已在表6-15中描述。
比例項Kc*（SPn-PVn）：能及時地產生與偏差（SPn-PVn）成正比的調節(jié)作用，比例系數Kc越大，比例調節(jié)作用越強，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高，但Kc過大會使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。
積分項Kc*（Ts/Ti）*（SPn-PVn）+Mx：與偏差有關，只要偏差不為0，PID控制的輸出就會因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動作緩慢，給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定帶來不良影響，很少單獨使用。從式中可以看出：積分時間常數增大，積分作用減弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。
微分項Kc*（Td/Ts）*（PVn-1-PVn）：根據誤差變化的速度（既誤差的微分）進行調節(jié)具有超前和預測的特點。微分時間常數Td增大時，超調量減少，動態(tài)性能得到改善，如Td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時可能上升緩慢。
2. PID控制回路選項
在很多控制系統(tǒng)中，有時只采用一種或兩種控制回路。例如，可能只要求比例控制回路或比例和積分控制回路。通過設置常量參數值選擇所需的控制回路。
（1）如果不需要積分回路（即在PID計算中無“I”），則應將積分時間Ti設為無限大。由于積分項Mx的初始值，雖然沒有積分運算，積分項的數值也可能不為零。
（2）如果不需要微分運算（即在PID計算中無“D”），則應將微分時間Td設定為0.0。
（3）如果不需要比例運算（即在PID計算中無“P”），但需要I或ID控制，則應將增益值Kc指定為0.0。因為Kc是計算積分和微分項公式中的系數，將循環(huán)增益設為0.0會導致在積分和微分項計算中使用的循環(huán)增益值為1.0。
3. 回路輸入量的轉換和標準化
每個回路的給定值和過程變量都是實際數值，其大小、范圍和工程單位可能不同。在PLC進行PID控制之前，必須將其轉換成標準化浮點表示法。步驟如下：
（1）將實際從16位整數轉換成32位浮點數或實數。下列指令說明如何將整數數值轉換成實數。
XORD AC0,AC0  //將AC0清0 www.zhimadaxue.com
ITD AIW0, AC0 //將輸入數值轉換成雙字
DTR AC0, AC0 //將32位整數轉換成實數
（2）將實數轉換成0.0至1.0之間的標準化數值。用下式：
實際數值的標準化數值=實際數值的非標準化數值或原始實數/取值范圍 +偏移量
其中：取值范圍=最大可能數值-最小可能數值=32 000（單極數值）或64 000（雙極數值）
偏移量：對單極數值取0.0，對雙極數值取0.5
單極（0～32000），雙極（-32000～32000）
如將上述AC0中的雙極數值（間距為64,000）標準化：
/R 64000.0, AC0  //使累加器中的數值標準化
+R 0.5, AC0     //加偏移量0.5
MOVR AC0, VD100 //將標準化數值寫入PID回路參數表中。
4. PID回路輸出轉換為成比例的整數
程序執(zhí)行后，PID回路輸出0.0和1.0之間的標準化實數數值，必須被轉換成16位成比例整數數值，才能驅動模擬輸出。
PID回路輸出成比例實數數值=（PID回路輸出標準化實數值-偏移量）*取值范圍
程序如下：
MOVR VD108, AC0 //將PID回路輸出送入AC0。
-R 0.5, AC0         //雙極數值減偏移量0.5
*R 64000.0, AC0  //AC0的值*取值范圍，變?yōu)槌杀壤龑崝禂抵?BR>ROUND AC0，AC0  //將實數四舍五入取整，變?yōu)?2位整數
DTI    AC0, AC0    //32位整數轉換成16位整數
MOVW AC0, AQW0 //16位整數寫入AQW0
5. PID指令
PID指令：使能有效時，根據回路參數表（TBL）中的輸入測量值、控制設定值及PID參數進行PID計算。格式如表6-16所示。
說明：
（1）程序中可使用八條PID指令，分別編號0-7，不能重復使用。
（2）使ENO = 0的錯誤條件：0006（間接地址），SM1.1（溢出，參數表起始地址或指令中指定的PID回路指令號碼操作數超出范圍）。
（3）PID指令不對參數表輸入值進行范圍檢查。必須保證過程變量和給定值積分項前值和過程變量前值在0.0和1.0之間。
表6-16  PID指令格式

LAD	STL	說明
	PID TBL，LOOP	TBL：參數表起始地址VB， 數據類型：字節(jié) LOOP：回路號，常量（0-7）， 數據類型：字節(jié)