精心编制的 S7-300 PID 使用说明(26页).doc
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1、-精心编制的 S7-300 PID 使用说明西门子S7-300/400有9个定时中断组织块:OB30、OB31、OB32、OB33、OB34、OB35、OB36、OB37、OB38 。 CPU可以定时中断去执行这些模块中的程序,即:每隔一段时间就停止当前的程序,转去执行定时中断组织块中的程序,执行结速后再返回。相当于单片机的定时中断。这9个组织块功能相同,你可以选择其中之一使用,区别是它们的中断优先级不同,如果程序中用到了多个定时中断组织块,应设好它们的执行优先级。 S7-300CPU 可用的定时中断组织模块是OB35,在300站点的硬件组态中,打开CPU属性设置可以看到其它的中断组织块为灰色
2、。OB35默认的调用时间间隔为100ms 我们可以根据需要更改,定时范围是1-60000毫秒(ms)设置中断时间间隔如下图所示注意:设置的时间必须大于OB35中程序执行所花费的时间。例如:如果中断时间间隔为50ms而OB35中的程序花费的时间是70ms,那么OB35中的程序还没执行完毕就产生第二次中断,程序就会出错,这显然是我们不想看到的结果。以现在的技术,让你间隔一小时去月球拿一块石头你能做到吗?去月球所用的时间大于去月球的时间间隔,你做不到吧?正确设置:中断时间间隔大于OB35中程序执行完毕一次所需的时间使用FB41实现PID控制 在自动化领域中常常要用到PID控制,而常规仪表里一个控制器
3、就只能实现一路的PID控制,如果要现实多路的PID控制成本就会变得非常高,而且不便于我们集中控制与管理。 经过学习西门子S7-300PLC,我们可以使用模块FB41来实现PID控制,FB41就相当于我们常规仪表里的控制器,既然是PID控制器就应该能够设定P、I、D参数。即:比例度、积分时间、微分时间。常规仪表的面板上可以更改PID参数,又有手动/自动切换按钮等。 今天我们要做的就是使用S7-300PLC 的FB41来代替常规仪表,如何使用FB41来实现PID控制的呢? FB41是一个功能块,它所能实现的功能(PID)已经由专业人员设计好,我们只要调用它,并根据我们的需要来更改相应的参数即可使用
4、。所以我们不用理会FB41是如何实现比例运算、积分运算、微分运算等等这些问题,只需要会调用就可以了。 现在我们已经知道FB41就相当于常规仪表里的一个控制器了,那么我们是如何使用FB41并给它设置相应的参数呢? FB41相当于一个子程序,它是用来实现PID运算的,我们只需要每隔一段时间去调用这一“子程序”就可以实现PID控制。所以我们在OB35里调用FB41就可以了,调用的频率可以在属性里面设置。 我们是在OB35里调用FB41的所以在OB35里可以看到FB41的端口。因此可以直接在这些端口上直接设参数。如下图所示 到这里有人会问,既然可以在OB35里面可以直接给FB41端口赋参数,为什么还要
5、背景数据块DB呢? 其实PLC在运行过程中会先检查,用户有没有在OB35里给FB41的端口设参数,如果有就直接使用端口上的参数,如果没有就到背景数据表里面去取参数。所以我们可以在两个地方设置参数,在数据表里面参数只能是一个固定值,不能是一个变量,所以当程序下载到PLC之后就不能更改数据表里面的参数了。给端口赋参数是一个变量,变量里面存有参数,当我们需要改变参数只需要改变相应的变量就只以了。 结合两种方法的优缺点,我们可以同时在两个地方设参数,有些参数不需要经常改变的,我们就直接在DB里面设定。要经常改变的参数就在FB41的端口上设定。经过这一节我们已经对FB41有了一个基本的认识了,下一节我们
6、讲如何使用,欢迎你观看下一节。FB41背景数据块参数设置 使用FB41作PID控制时,设置参数非常烦琐,下面是单回路PID控制的参数设置实例,在表格第三列有的就是我们需要设置的,空白的我们就不用改变,按默认值就可以了。参数描述设置实例COM_RST完全重启动FALSEMAN_ON手动/自动 PVPER_ON测量值选择FALSEP_SEL比例输出开关TRUEI_SEL积分输出开关TRUEIN_HOLD积分输出冻结 I_ITL_ON积分初始化 D_SEL微分输出开关 CYCLE采样量时,条件CYCLE=1ms100msSP_INT给定值在引脚中设置PV_IN测量值1在引脚中设置PV_PER测量值2
7、 MAN手动值 GAIN比例增益按默认TI积分时间,条件TI=CYCLE按默认TD微分时间,条件TD=CYCLE TM_LAG微分作用时滞时间,条件TM_LAG=CYCLE/2 DEADB_W死区宽度 LMN_HLM控制器输出上限 LMN_LLM控制器输出下限 PV_FAC过程变量因子 PV_OFF过程变量偏移 LMN_FAC控制器输出因子 LMN_OFF控制器输出偏移 I_ITLVAL积分初始化值 DISV扰动量(前馈控制系统中才用到) LMN控制器输出值在引脚中设置LMN_PER控制器输出值(格式化后) QLMN_HLM达到上限 QLMN_LLM达到下限 LMN_P比例分量输出 LMN_I
8、积分分量输出 LMN_D微分分量输出 PV测量值输出 ER实际误差 关于FB41块的各个管脚的功能A:所有的输入参数:COM_RST:BOOL:重新启动PID:当该位TURE时:PID执行重启动功能,复位PID内部参数到默认值;通常在系统重启动时执行一个扫描周期,或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位;MAN_ON:BOOL:手动值ON;当该位为TURE时,PID功能块直接将MAN的值输出到LMN,这可以在PID框图中看到;也就是说,这个位是PID的手动/自动切换位;PEPER_ON:BOOL:过程变量外围值ON:过程变量即反馈量,此PID可直接使用过程变量PIW(不推荐),也可使用PIW规
9、格化后的值(常用),因此,这个位为FALSE;P_SEL:BOOL:比例选择位:该位ON时,选择P(比例)控制有效;一般选择有效;I_SEL:BOOL:积分选择位;该位ON时,选择I(积分)控制有效;一般选择有效;INT_HOLDBOOL:积分保持,不去设置它;I_ITL_ONBOOL:积分初值有效,I-ITLVAL(积分初值)变量和这个位对应,当此位ON时,则使用I-ITLVAL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值;D_SEL:BOOL:微分选择位,该位ON时,选择D(微分)控制有效;一般的控制系统不用;CYCLE:TIME:PID采样周期
10、,一般设为200MS;SP_INT:REAL:PID的给定值;PV_IN:REAL:PID的反馈值(也称过程变量);PV_PER:WORD:未经规格化的反馈值,由PEPER-ON选择有效;(不推荐)MAN:REAL:手动值,由MAN-ON选择有效;GAIN:REAL:比例增益;TI:TIME:积分时间;TD:TIME:微分时间;TM_LAG:TIME:和微分有关;DEADB_W:REAL:死区宽度;如果输出在平衡点附近微小幅度振荡,可以考虑用死区来降低灵敏度;LMN_HLM:REAL:PID上极限,一般是100%;LMN_LLM:REAL:PID下极限;一般为0%,如果需要双极性调节,则需设置
11、为-100%;(正负10V输出就是典型的双极性输出,此时需要设置-100%);PV_FAC:REAL:过程变量比例因子PV_OFF:REAL:过程变量偏置值(OFFSET)LMN_FAC:REAL:PID输出值比例因子;LMN_OFF:REAL:PID输出值偏置值(OFFSET);I_ITLVAL:REAL:PID的积分初值;有I-ITL-ON选择有效;DISV:REAL:允许的扰动量,前馈控制加入,一般不设置;B:部分输出参数说明:LMN:REAL:PID输出;LMN_P:REAL:PID输出中P的分量;(可用于在调试过程中观察效果)LMN_I:REAL:PID输出中I的分量;(可用于在调试
12、过程中观察效果)LMN_D:REAL:PID输出中D的分量;(可用于在调试过程中观察效果)非常实用的pid参数整定:FB41的PID:一、在ob35里面插入FB41,方框顶上会有红字,输入一个类似“DB120”的,系统会问你要不要生成这个Db,yes就可以二、大部分参数不要填,默认就行,下面是常用参数,用变量连接:1、MAN_ON:用一个bool量,如m0.0,为true则手动,为false则自动;2、cycle:T#100MS,这个值与ob35默认的100ms一致;3、SP_INT:MD2,是hmi发下来的设定值,0100.0的范围,real型;4、PV_IN:md6,实际测量值,比如压力,
13、要从piw转换为0100.0的量程;5、MAN:MD10,op值,也就是手动状态下的阀门输出,real型,0100.0的范围;6、GAIN:md14,Pid的P啊,默认写12吧(系统默认是2),调试的时候再改7、TI:MW20,pid的i啊.默认写T#30S吧,调试的时候改;8、DEAD_W:md22,死区,就是sp和pv的偏差死区,0100.0的范围,默认0,调试的时候改;输出:9、LMN:MD26,0100。0,最终再用fc106转换为word型move到pqw,如果pid运算结果不再有工艺条件其他限制可以用LMN_PER更简单就不用fc106了。三、用plcsim模拟1、手动man_on
14、true,看输出是否等于man;2、自动man_onfalse,调整pv或者sp,使得有偏差大于死区,看输出变化,这里的模拟只能说明pid工作了,不能测试实际调节效果啊。3、如果需要反作用,有三种方法:a、pv和sp颠倒输入b、p值用负的c、输出用100减PID常用口诀:参数整定找最佳,从小到大顺序查,先是比例后积分,最后再把微分加,曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢,积分时间往下降,曲线波动周期长,积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,微分时间应加长,理想曲线两个波,前高后低4比1目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化
15、水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PI
16、D控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实
17、现其远程控制功能。1、开环控制系统开环控制系统(open-loopcontrolsystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。2、闭环控制系统闭环控制系统(closed-loopcontrolsystem)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈(NegativeFeedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统的
18、例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统。3、阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入(stepfunction)加到系统上时,系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的
19、;准是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差来(Steady-stateerror)描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。4、PID控制的原理和特点在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当
20、我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-stateerror)。积分(I)控制在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)
21、。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分(D)控制在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接
22、近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。5、PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依
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