PID功能

时间：2021-06-25作者：上海腾希电气技术有限公司浏览：318

PID功能用于对闭环过程进行控制。PID控制适用于温度，压力，流量等物理量，是工业现场中应用较为广泛的一种控制方式，其原理是，对被控对象设定一个给定值，然后将实际值测量出来，并与给定值比较，将其差值送入PID控制器，PID控制器按照一定的运算规律，计算出结果，即为输出值，送到执行器进行调节，其中的P,I,D指的是比例，积分，微分，是一种闭环控制算法。通过这些参数，可以使被控对象追随给定值变化并使系统达到稳定，自动消除各种干扰对控制过程的影响。

S7-1200 PID控制器

S7-1200 CPU提供了PID控制器回路数量受到CPU的工作内存及支持DB块数量限制。严格上说并没有限制具体数量，但实际应用推荐客户不要**过16路PID回路。可同时进行回路控制，用户可手动调试参数，也可使用自整定功能，提供了两种自整定方式由PID控制器自动调试参数。另外STEP7 Basic还提供了调试面板，用户可以直观的了解控制器及被控对象的状态。

PID控制器结构

PID控制器功能主要依靠三部分实现，循环中断块，PID指令块，工艺对象背景数据块。用户在调用PID指令块时需要定义其背景数据块，而此背景数据块需要在工艺对象中添加，称为工艺对象背景数据块。PID指令块与其相对应的的工艺对象背景数据块组合使用，形成完整的PID控制器。PID控制器结构如图1。



图1 PID控制器结构

循环中断块可按一定周期产生中断，执行其中的程序。PID指令块定义了控制器的控制算法，随着循环中断块产生中断而周期性执行，其背景数据块用于定义输入输出参数，调试参数以及监控参数。此背景数据块并非普通数据块，需要在目录树视图的工艺对象中才能找到并定义。

S7-1200 PID_Compact 的版本说明

自软件 TIA Protal V13 起，固件为 4.0 或更高版本的 S7-1200，可以使用 PID_Compact V2.2 指令。

S7-1200 在 V4.0 以上，TIA V13 SP1 以上，使用 S7-PLCSIM V13 SP1 可以仿真 PLC 程序，但不支持工艺功能（高速计数器、运动控制、PID 调节）的仿真。

PID_Compact 的版本与 CPU 和 FW 的兼容性

下表显示了 PID_Compact 的每个版本可用于哪种 CPU：

CPU	FW	PID_Compact
S7-1200	≥ V4.x	V2.2 V1.2
S7-1200	≥ V3.x	V1.2 V1.1
S7-1200	≥ V2.x	V1.2 V1.1
S7-1200	≥ V1.x	V1.0

PID_Compact V2.x 的 CPU 处理时间和存储器要求

PID_Compact V2.0 工艺对象典型 CPU 处理时间（取决于 CPU 类型）：

CPU	典型 CPU 处理时间 (PID_Compact V2.x)
CPU 1211C ≥ V4.0	300 µs
CPU 1215C ≥ V4.0	300 µs
CPU 1217C ≥ V4.0	300 µs

PID_Compact V2.0 工艺对象背景数据块的存储器要求：

分类	PID_Compact V2.x 背景数据块的存储器要求
装载存储器要求	约 12000 个字节
总工作存储器要求	788 个字节
保持性工作存储器要求	44 个字节

PID_Compact 不同版本的特性

在 TIA Protal 软件中使用 PID 功能，有两种方式选择 PID 的指令版本。
方式一、通过在工艺对象中添加新对象，在弹出的“新增对象”对话框中，左侧竖列选择 “PID” 后，看对话框中间部分对于 “Compact PID” 版本的选择，如图 2 和图 3 所示：

图2、工艺对象-添加新对象


图3、选择 Compact PID 指令文件夹版本

方式二、当程序处于编程界面时，右侧指令栏中在工艺 > PID 控制 > Compact PID 指令 > 版本选择，如图4 和图 5所示：

图4、指令栏 > 工艺 > Compact PID


图5、Compact PID 不同版本选择

Compact PID文件夹 V5.0 和 V4.0 的区别是 PID_Temp 指令，其中 PID_Compact 指令均为 V2.2. 编写 PID 功能时，可以使用上述方法进行 PID 指令的版本选择。
在硬件版本一定的情况下，建议使用对应固件中较新版本的指令。PID Compact 指令不同版本所对应新特性，如下表所示：

PID_Compact 版本	不同版本指令的新特性
V2.2	全面改进对错误的响应 Error 指示是否存在错误处于未决状态。如果 Error=TRUE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。ErrorBits 显示发生的具体错误。 使用 ErrorAck 在不重启控制器或清除积分作用的情况下确认错误和警告。切换工作模式不会清除处于非未决状态的错误。 使用 Reset 可以重启控制器、清除积分作用，同时清除处于非未决状态的错误。 组态界面增加对错误响应的设置 可使用 SetSubstituteOutput 和 ActivateRecoverMode 来组态对错误的响应。 使用 Mode 和 ModeActivate 来切换工作模式 将 PID_Compact 作为多重背景数据块进行调用 启动特性 根据工作模式设置 ENO 如果 State=0，则 ENO=FALSE;如果 State≠0，则 ENO=TRUE。 可修改调节期间允许的设定值拐点（CancelTuningLevel） 输出值限值的范围（下限可小于 0.0） 增加积分的预分配作用 从“未激活”切换到“自动模式”时，可使用变量 IntegralResetMode 和 OverwriteInitialOutputValue 确定积分作用的预分配。 在 Disturbance 参数中启用扰动变量 PID 参数的默认值(更改权重系数) 重命名某些变量名称
V1.2	CPU 启动时的手动模式 如果 CPU 启动时 ManualEnable = TRUE，则 PID_Compact 以手动模式启动。 并非一定需要 ManualEnable 出现上升沿。 预调节 如果在预调节期间关闭 CPU，当重新开启 CPU 时预调节会再次启动。
V1.1	CPU 启动时的手动模式 CPU 启动时，仅在 ManualEnable 出现上升沿时，PID_Compact 才切换到手动模式。 没有上升沿时，PID_Compact 在 ManualEnable 为 FALSE 的上一个工作模式下启动。 对 Reset 的响应 Reset 上升沿时会复位错误和警告并清除积分作用，Reset 下降沿会触发切换到较近激活的工作模式。 过程值的默认上限（更改为 120.0）




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