西門子S7-300系列PLC的PID功能塊的應用經(jīng)驗

1、可以在軟件中進行自動整定,； 
2,、自動整定的PID參數(shù)可能對于系統(tǒng)來說不是的，就需要手動憑經(jīng)驗來進行整定,。P參數(shù)過小,，達到動態(tài)平衡的時間就會太長；P參數(shù)過大,，就容易產(chǎn)生超調(diào),。 
PID功能塊在梯形圖（程序）中應當注意的問題： 
1、采用PID向?qū)蒔ID功能塊,； 
2,、我要說一個zui簡單的也是zui容易被人忽視的問題，那就是：PID功能塊的使能控制只能采用SM0.0或任何1個存儲器的常開觸點并聯(lián)該存儲器的常閉觸點這樣的斷開的觸點,！ 
筆者在以前的一個工程調(diào)試中就遇到這樣的問題：PID功能塊有時間動作正常,，有時間動作不正常，而且不正常時發(fā)現(xiàn)PID功能塊都沒問題（PID參數(shù)正確,、使能正確）,，就是沒有輸出。zui后查了好久，突然意識到可能是使能的問題——我在使能端串聯(lián)了啟動/停止控制的保持繼電器,，我把它改為SM0.0以后,，一切正常！ 
同時也明白了PID功能塊有時間動作正常,，有時間動作不正常的原因：有時在灌入程序后保持繼電器處于動作的狀態(tài)才不會出現(xiàn)問題,，一旦停止了設(shè)備就會出現(xiàn)問題——PID功能塊使能一旦斷開，工作就不會正常,！ 
把這個給大家說說,，以免出現(xiàn)同樣失誤。 
下面是PID控制器參數(shù)整定的一般方法： 
PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容,。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù),、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法,。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù),。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,，它主要依賴工程經(jīng)驗,，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單,、易于掌握,，在工程實際中被廣泛采用,。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法,。三種方法各有其特點,，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定,。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),，都需要在實際運行中進行zui后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法,。利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作,；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩,，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期,；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。 
PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉,，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線,，從而調(diào)整P\I\D的大小,。 
比例I/微分D=2，具體值可根據(jù)儀表定,，再調(diào)整比例帶P,，P過頭，到達穩(wěn)定的時間長,，P太短,，會震蕩，永遠也打不到設(shè)定要求,。 
PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照： 
溫度T：P=20~60%,，T=180~600s，D=3-180s,； 
壓力P： P=30~70%,，T=24~180s； 
液位L： P=20~80%,，T=60~300s,； 
流量L： P=40~100%，T=6~60s,。 
書上的常用口訣： 
參數(shù)整定找*,，從小到大順序查； 
先是比例后積分,，zui后再把微分加,； 
曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大,； 
曲線漂浮繞大灣,，比例度盤往小扳； 
曲線偏離回復慢,，積分時間往下降,； 
曲線波動周期長，積分時間再加長,； 
曲線振蕩頻率快,，先把微分降下來； 
動差大來波動慢,。微分時間應加長,； 
理想曲線兩個波，前高后低4比1,； 
一看二調(diào)多分析,，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。 
經(jīng)過多年的工作經(jīng)驗，我個人認為PID參數(shù)的設(shè)置的大小,，一方面是要根據(jù)控制對象的具體情況而定,；另一方面是經(jīng)驗。P是解決幅值震蕩,，P大了會出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大,，但震蕩頻率小，系統(tǒng)達到穩(wěn)定時間長,；I是解決動作響應的速度快慢的,，I大了響應速度慢，反之則快,；D是消除靜態(tài)誤差的,，一般D設(shè)置都比較小，而且對系統(tǒng)影響比較小,。對于溫度控制系統(tǒng)P在5-10%之間,；I在180-240s之間；D在30以下,。對于壓力控制系統(tǒng)P在30-60%之間,；I在30-90s之間；D在30以下,。 
這里介紹一種經(jīng)驗法,。這種方法實質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法,，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應用,。 
這種方法的基本程序是先根據(jù)運行經(jīng)驗，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù),，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行,，然后人為地加入階躍擾動（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應曲線,。若認為控制質(zhì)量不滿意,，則根據(jù)各整定參數(shù)對控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù),。這樣反復試驗,，直到滿意為止。 
經(jīng)驗法簡單可靠,，但需要有一定現(xiàn)場運行經(jīng)驗,，整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調(diào)節(jié)器時,，有多個整定參數(shù),，反復試湊的次數(shù)增多，不易得到*整定參數(shù)。 
下面以PID調(diào)節(jié)器為例,，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟： 
A. 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0,，實際微分系數(shù)k=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行,，由小到大改變比例系數(shù)S1,，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程,，直到獲得滿意的控制過程為止,。 
B. 取比例系數(shù)S1為當前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)S0,，同樣讓擾動信號作階躍變化,，直至求得滿意的控制過程。 
C. 積分系數(shù)S0保持不變,，改變比例系數(shù)S1,，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整,，直到滿意為止,。否則，將原比例系數(shù)S1增大一些,，再調(diào)整積分系數(shù)S0,，力求改善控制過程。如此反復試湊,，直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止,。 
D. 引入適當?shù)膶嶋H微分系數(shù)k和實際微分時間TD，此時可適當增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0,。和前述步驟相同,，微分時間的整定也需反復調(diào)整，直到控制過程滿意為止,。 
PID參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的,。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上,，I=3-10,，D=1左右。小慣量如：一個小電機帶一臺水泵進行壓力閉環(huán)控制,，一般只用PI控制,。P=1-10，I=0.1-1,，D=0,，這些要在現(xiàn)場調(diào)試時進行修正的,。 
PID控制說明： 
在工程實際中，應用的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例,、積分,、微分控制，簡稱PID控制,，又稱PID調(diào)節(jié),。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單,、穩(wěn)定性好,、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一,。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能*掌握,，或得不到的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時,，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,，這時應用PID控制技術(shù)zui為方便。即當我們不*了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,，用PID控制技術(shù),。PID控制，實際中也有PI和PD控制,。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,，利用比例、積分,、微分計算出控制量進行控制的,。 
比例（P）控制 ：比例控制是一種zui簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系,。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差,。 
積分（I）控制 ：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系,。對一個自動控制系統(tǒng),，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng),。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,，隨著時間的增加,，積分項會增大。這樣,，即便誤差很小,，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,，直到等于零,。因此，比例+積分(PI)控制器,，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差,。 
微分（D）控制 ：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系,。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn),。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用,，其變化總是落后于誤差的變化,。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時,，抑制誤差的作用就應該是零,。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,，比例項的作用僅是放大誤差的幅值,，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢,，這樣,，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,，甚至為負值,，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性,。