1、pid标准指令
西门子s7-200 plc具有标准的pid回路指令来实现各种温度控制(如图1所示)。pid回路(pid)指令根据表格(tbl)中的输入和配置信息对引用loop执行pid回路计算(如表1所示)。同时,逻辑堆栈(tos)顶值必须是打开(使能位)状态,才能启用pid计算。
图1 pid回路指令
表1 pid回路指令操作数
s7-200程序中可使用八条pid指令,如果两条或多条pid指令使用相同的回路号码(即使它们的表格地址不同),pid计算会互相干扰,结果难以预料。因此,必须在程序设计之初为每一个pid控制指定不同的回路号。
loop回路表存储用于控制和监控回路运算的参数,包括程序变量、设置点、输出、增益、采样时间、整数时间(重设)、导出时间(速率)等数值。pid指令框中输入的表格(tbl)起始地址为回路表分配80个字节
2、pid控制
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控制或调节。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。
(1)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-state error)。
(2)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(system with steady-state error)。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。
(3)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。