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西门子S7-300系列PLC的PID功能块的应用经验 |
1、可以在软件中进行自动整定; 该部分主要对整个项目中围绕SIMATICs7-1200的产品硬件设计作详细的说明。**配以带有SIMATIC S7-1200控制柜或者产品的图片加以说明。 2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是**的,就需要手动凭经验来进行整定。P参数过小,达到动态平衡的时间就会太长;P参数过大,就容易产生超调。 PID功能块在梯形图(程序)中应当注意的问题: 1、**采用PID向导生成PID功能块; 2、我要说一个**简单的也是**容易被人忽视的问题,那就是:PID功能块的使能控制只能采用SM0.0或任何1个存储器的常开触点并联该存储器的常闭触点这样的**断开的触点! 笔者在以前的一个工程调试中就遇到这样的问题:PID功能块有时间动作正常,有时间动作不正常,而且不正常时发现PID功能块都没问题(PID参数正确、使能正确),就是没有输出。**后查了好久,突然意识到可能是使能的问题——我在使能端串联了启动/停止控制的保持继电器,我把它改为SM0.0以后,一切正常! 同时也明白了PID功能块有时间动作正常,有时间动作不正常的原因:有时在灌入程序后保持继电器处于动作的状态才不会出现问题,一旦停止了设备就会出现问题——PID功能块使能一旦断开,工作就不会正常! 把这个给大家说说,以免出现同样失误。 下面是PID控制器参数整定的一般方法: 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。 它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。 二是工程整定方法。 它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。 (1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作; (2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期; (3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 PID参数的设定:是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整PID的大小。 比例I/微分D=2,具体值可根据仪表定,再调整比例带P,P过头,到达稳定的时间长,P太短,会震荡,**也打不到设定要求。 PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照: 温度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s; 压力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。 书上的常用口诀: 参数整定找**,从小到大顺序查; 先是比例后积分,**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; 一看二调多分析,调节质量不会低。 这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法,它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法,并在现场中得到了广泛的应用。 这种方法的基本程序是先根据运行经验,确定一组调节器参数,并将系统投入闭环运行,然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值),观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意,则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验,直到满意为止。 经验法简单可靠,但需要有一定现场运行经验,整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时,有多个整定参数,反复试凑的次数增多,不易得到**整定参数。 下面以PID调节器为例,具体说明经验法的整定步骤: A.让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行,由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化,观察控制过程,直到获得满意的控制过程为止。 B.取比例系数S1为当前的值乘以0.83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动信号作阶跃变化,直至求得满意的控制过程。 C.积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善,如有改善则继续调整,直到满意为止。否则,将原比例系数S1增大一些,再调整积分系数S0,力求改善控制过程。如此反复试凑,直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。 PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如:大烘房的温度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小惯量如:一个小电机带一台水泵进行压力闭环控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。 PID控制说明: 在工程实际中,应用**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**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**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,**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**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。 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。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“**”,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。
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西门子S7-300 PLC的编程软件是STEP 7。 用户程序由组织块(OB)、功能块(FB,FC)、数据块(DB)构成。 OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面,用于控制程序的运行。OB1是主程序循环块,在任何情况下,它都是需要的。功能块(FB,FC)实际上是用户子程序,分为带“记忆”的功能块FB和不带“记忆”的功能块FC。前者有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的数据块(DB)附属于该功能块,并随着功能块的调用而打开,随着功能块的结束而关闭。该附属数据块(DB)叫做背景数据块,存在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持,也即被“记忆”。功能块FC没有背景数据块,当FC完成操作后数据不能保持。数据块(DB)是用户定义的用于存放数据的存储区。 S7 CPU还提供标准系统功能块(SFB,SFC)。
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