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PID調(diào)節(jié)步驟簡介

建議PID參數(shù)調(diào)節(jié)步驟：

（1）前提條件：反饋信號是否穩(wěn)定，執(zhí)行機構(gòu)是否正常以及控制器的正反作用。（確保PID在自動模式下）

（2）積分時間設(shè)置為無窮大INF（或9999.9），此時積分作用近似為0；將微分時間設(shè)置為0.0，此時微分作用為0 。然后開始調(diào)節(jié)比例作用，逐步增大比例增益

（3）當(dāng)過程變量達(dá)到給定值且在給定值上下波動，將調(diào)好的比例系數(shù)調(diào)整到50%~80%后，由大到小減小積分時間，直到過程值與設(shè)定值相等或無限接近

PID調(diào)節(jié)有很多種方法，以上僅是建議步驟，也并未考慮微分作用，客戶依據(jù)實際情況靈活調(diào)節(jié)，同時可以參考反饋與給定的曲線圖

用戶經(jīng)常會遇到這樣的問題：嘗試了很多組PID參數(shù)，都無法滿足控制器的要求， 此時需要考慮PID的采樣時間是否適合當(dāng)前系統(tǒng)。采樣時間就是對反饋進(jìn)行采樣的間隔。短于采樣時間間隔的信號變化是不能測量到的。采樣時間過短，兩次實測值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運算負(fù)擔(dān)；采樣間隔過長，將會引起有用信號的丟失，使系統(tǒng)品質(zhì)變差，不能滿足擾動變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場合。除此以外，也有可能是系統(tǒng)自身的問題，無法調(diào)節(jié)到穩(wěn)定，例如， 不規(guī)律的干擾，或者反饋信號不穩(wěn)定。

手動調(diào)節(jié)PID至穩(wěn)定

在開始PID自整定調(diào)整前，整個PID控制回路必須工作在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

穩(wěn)定的PID是指過程變量接近設(shè)定值，輸出不會不規(guī)則的變化，且回路的輸出值在控制范圍中心附近變化。

問題與解決方法：

1.PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)變化
 

產(chǎn)生原因：

• 增益值太高
• PID掃描時間太長（對于快速響應(yīng)PID的回路） 

解決方法：降低增益值并且/或選擇短一些的掃描時間

2.過程變量超過設(shè)定值很多（超調(diào)很大）
 

產(chǎn)生原因：積分時間可能太高

解決方法：降低積分時間 

3.得到一個非常不穩(wěn)定的PID
 

產(chǎn)生原因：

• 如果用了微分，可能是微分參數(shù)有問題
• 沒有微分，可能是增益值太高

解決方法：

• 調(diào)整微分參數(shù)到0－1的范圍內(nèi)
• 根據(jù)回路調(diào)節(jié)特性將增益值降低，低可從0.x 開始逐漸增大往上調(diào)，直到獲得穩(wěn)定的PID。

4.如何獲取一組合適的參數(shù)，實現(xiàn)快速并穩(wěn)定的PID控制？
PID調(diào)節(jié)過程中，用戶通常需要做多次的參數(shù)調(diào)節(jié)才能獲得的控制效果。從下面反饋（過程變量）與給定之間的曲線圖中，可以看到黃色曲線較理想。用戶可以將調(diào)節(jié)的PID反饋與給定曲線與下圖中對比，并修改相關(guān)參數(shù)（但是因為現(xiàn)場情況不一樣，用戶還需具體問題具體對待，下圖中的建議僅供參考：

反饋與給定曲線

1.超調(diào)過大，減小比例，增大積分時間

2.迅速變化，存在小超調(diào)

3.實際值緩慢接近設(shè)定值，并且無超調(diào)的達(dá)到設(shè)定值

4.增益系數(shù)太小和/或微分時間太長

5.益系數(shù)太小和/或積分時間太長

WinCC 與S7-200 SMART CPU 的 OPC 通信

WinCC 中沒有與S7-200 SMART CPU 通信的驅(qū)動，所以 WinCC 與 S7-200 SMART CPU 之間通過以太網(wǎng)的通信，只能通過 OPC 的方式實現(xiàn)。S7-200 SMART CPU 作為 OPC 的 Sever 端，只需設(shè)置 IP 地址即可。
上位機作為 OPC 的 Client 端，通過 SIMATIC NET 軟件建立 PC Station 來與 S7-200 SMART 通信。
建立好 PC Station 后，WinCC中的實現(xiàn)步驟如下：

1. 建立所有WinCC中要用到的變量

首先在 OPC Scout中建立好所有 WinCC 中要用到的變量，步驟見OPC Scout 測試。

2. 添加新的驅(qū)動

打開 WinCC 軟件新建一個項目，用鼠標(biāo)右鍵點擊“變量管理”，快捷菜單中選擇“打開”。
在打開的“WinCC Configuration Studio ”窗口中，鼠標(biāo)右鍵“變量管理”，在快捷菜單中選擇“添加新的驅(qū)動程序”，添加“OPC”驅(qū)動。如圖1．所示。



圖1． 添加一個新的驅(qū)動"OPC" 

3. 在 WinCC 中搜索及添加 OPC Scout 中定義的變量

首先用鼠標(biāo)右鍵“OPC Groups” ，在快捷菜單中點擊“系統(tǒng)參數(shù)”。在彈出“OPC 條目管理器”窗口中，選擇“OPC.SimaticNET.1”，然后點擊“瀏覽服務(wù)器”按鈕。
在彈出的“過濾標(biāo)準(zhǔn)”窗口中選擇“下一步” 進(jìn)行搜索。如圖２．所示。

 

圖２．選擇服務(wù)器瀏覽

4. 建立新連接并添加所需變量

在變量列表中選擇所需要的變量，點“添加條目”按鈕添加所需變量，此時會自動要求你建立一個新連接，并將變量添加到這個連接中，如圖3．所示。
如果需要添加多個變量，按上述步驟重復(fù)添加即可。

圖3．添加變量并建立連接

成功添加完變量后，WinCC 中變量管理中將顯示已經(jīng)添加的 OPC 連接和變量，如圖4．所示。

 

圖4．從OPC Scout中成功添加變量

5. WINCC 創(chuàng)建畫面并監(jiān)控變量

WINCC 中新建畫面，并添加“輸入/輸出 域”，并為其選擇 OPC 變量，如圖5．所示。 



圖5．創(chuàng)建 WINCC 畫面

激活 WINCC ，即可測試 WINCC 與 S7-200 SMART OPC 通訊。

S7-300/400與S7-200SMART之間的以太網(wǎng)S7通信

S7通信是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS、ETHERNET網(wǎng)絡(luò)的一種優(yōu)化的通信協(xié)議，主要用于S7-300/400PLC之間的通信。
經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)S7-300/400通過集成的PN口或CP343-1/CP443-1與S7-200 SMART PLC 之間的S7通信也是可以成功的， 但是需要S7-300/400側(cè)編程調(diào)用PUT/GET指令。

注意：
1.S7-200 SMART CPU 與S7-300/400 CPU 之間的S7通信未經(jīng)西門子測試，本文檔僅供客戶測試使用，使用該種通信方式所產(chǎn)生的任何危險需要有客戶自己承擔(dān)！
2.S7-200 SMARTPLC V2.0 版本才開始支持PUT/GET通信，V1.0版本的CPU需要升級固件后方可支持PUT/GET。
3. S7-300/400若采用CP通信時，則需要采用Standard或Advanced類型通信模塊，CP343-1 Lean模塊不支持。 
4.本文僅介紹S7-300集成PN口與S7-200 SMART CPU S7通信。

S7通信介紹

S7通信是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS、ETHERNET網(wǎng)絡(luò)的一種優(yōu)化的通信協(xié)議，主要用于S7-300/400PLC之間的通信。
S7-300/400通過以太網(wǎng)接口與S7-200 SMART PLC 之間的S7通訊經(jīng)過測試是可以成功的，但是需要S7-300/400側(cè)編程調(diào)用PUT/GET指令，見表1所示。
表 1 PUT和GET ：

S7-300/400根據(jù)使用通信接口（集成的PN口或CP343-1/CP443-1）不同，調(diào)用的功能塊來源也不同。
通信接口為S7-300 集成PN接口時，需要使用Standard Library中PUT/GET指令，如圖1所示。

圖1 S7-300PN接口需采用Standard Library

通信接口為S7-300 CP通信模塊時，需要使用SIMATIC_NET_CP 庫中PUT/GET指令，如圖2所示。
 
圖2 S7-300 CP模塊接口需采用SIMATIC_NET_CP庫

S7-400 CPU不區(qū)分通信接口，需要使用System Function Blocks 中的SFB14/SFB15指令塊，如圖3所示。
 
圖3 S7-400 需采用SFB程序塊

硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

本文以采用1個315-2PN/DP，1個S7-200 SMART PLC為例，介紹它們之間的S7通信。 
在STEP7中創(chuàng)建一個新項目，項目名稱為S7-300-SMART。插入1個S7-300站，在硬件組態(tài)中插入CPU 315-2 PN/DP。如圖4所示。 

圖4 STEP7 項目中插入S7-300站點

設(shè)置CPU 315-2PN/DP的IP地址：192.168.0.1，如圖5所示。硬件組態(tài)完成后，即可下載該組態(tài)。 

圖5 設(shè)置CPU PN IP地址

打開“NetPro”設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，選中CPU 315-2PN/DP，在連接列表中建立新的連接。步驟如圖6所示。 

圖6 NetPro組態(tài)視圖中插入新連接

選擇 Unspecified  站點，選擇通訊協(xié)議 S7 connection，點擊 Apply，如圖7所示。 

圖7 組態(tài)新連接

在彈出的S7 connection屬性對話框中，勾選 Establish an active connection,設(shè)置Partner address:192.168.0.2(S7-200 SMART PLC IP 地址)，如圖8所示。 

圖8 設(shè)置S7連接參數(shù)
點擊 "Address Details" ，再彈出來的對話框設(shè)置 Partner 的 Slot 為1，如圖9所示。點擊 OK即可關(guān)閉該對話框。 

圖9 設(shè)置“address details”參數(shù)

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)創(chuàng)建完成后，需要編譯，如圖10所示。 

圖10 保存并編譯連接

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編譯無錯，鼠標(biāo)先點擊 CPU 315-2PN/DP ,然后點擊下載按鈕下載網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，步驟如圖11所示。 

圖 11 下載組態(tài)連接

程序編程

可以通過SFB/FB 14 "GET"，從遠(yuǎn)程CPU中讀取數(shù)據(jù)。
S7-300：在REQ的上升沿處讀取數(shù)據(jù)。在REQ的每個上升沿處傳送參數(shù)ID、ADDR_1和RD_1。在每個作業(yè)結(jié)束之后，可以分配新數(shù)值給ID、ADDR_1和RD_1參數(shù)。
S7-400：在控制輸入REQ的上升沿處啟動SFB。在此過程中，將要讀取的區(qū)域的相關(guān)指針(ADDR_i)發(fā)送到伙伴CPU。遠(yuǎn)程伙伴返回此數(shù)據(jù)。在 下一個SFB/FB調(diào)用處，已接收的數(shù)據(jù)被復(fù)制到組態(tài)的接收區(qū)(RD_i)中。必須要確保通過參數(shù)ADDR_i和RD_i定義的區(qū)域在長度和數(shù)據(jù)類型方面 要相互匹配。
通過狀態(tài)參數(shù)NDR數(shù)值為1來指示此作業(yè)已完成。只有在前一個作業(yè)已經(jīng)完成之后，才能重新激活讀作業(yè)。遠(yuǎn)程CPU可以處于RUN或STOP工作狀態(tài)。如果 正在讀取數(shù)據(jù)時發(fā)生訪問故障，或如果數(shù)據(jù)類型檢查過程中出錯，則出錯和警告信息將通過ERROR和STATUS輸出表示。

通過使用SFB/FB 15 "PUT"，可以將數(shù)據(jù)寫入到遠(yuǎn)程CPU。
S7-300：在REQ的上升沿處發(fā)送數(shù)據(jù)。在REQ的每個上升沿處傳送參數(shù)ID、ADDR_1和SD_1。在每個作業(yè)結(jié)束之后，可以給ID、ADDR_1和SD_1參數(shù)分配新數(shù)值。
S7-400：在控制輸入REQ的上升沿處啟動SFB。在此過程中，將指向要寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域(ADDR_i)的指針和數(shù)據(jù)(SD_i)發(fā)送到伙伴CPU。 遠(yuǎn)程伙伴將所需要的數(shù)據(jù)保存在隨數(shù)據(jù)一起提供的地址下面，并返回一個執(zhí)行確認(rèn)。必須要確保通過參數(shù)ADDR_i和SD_i定義的區(qū)域在編號、長度和數(shù)據(jù)類 型方面相互匹配。
如果沒有產(chǎn)生任何錯誤，則在下一個SFB/FB調(diào)用時，通過狀態(tài)參數(shù)DONE來指示，其數(shù)值為1。只有在后一個作業(yè)完成之后，才能再次激活寫作業(yè)。遠(yuǎn)程 CPU可以處于RUN或STOP模式。如果正在寫入數(shù)據(jù)時發(fā)生訪問故障，或如果執(zhí)行檢查過程中出錯，則出錯和警告信息將通過ERROR和STATUS輸出 表示。
打開SIMATIC 315 PN-1的OB1，在OB1中依次調(diào)用FB14，F(xiàn)B15如圖12、圖13所示：

圖12 FB14調(diào)用
表2.FB14參數(shù)說明 ：

圖13 FB15調(diào)用
表3.FB15參數(shù)說明 ：

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如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進(jìn)行。
　　西門子PLC的MPI通訊詳解隨著科技的進(jìn)步，智能化芯片的發(fā)展逐漸成熟起來設(shè)備的智能化程度也相應(yīng)提高，隨之智能化設(shè)備之間基于開放標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的自動化控制系統(tǒng)也逐漸成熟起來。于是西門子PLC除了使用工業(yè)以太網(wǎng)和profibus。

　　這一功能的設(shè)定，可根據(jù)實際情況在有效和無效中選擇一項即可。與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補償控制，其作用是為補償由負(fù)載波動而引起的速度偏差，可加上對應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。這一功能主要用于定位控制。變頻器調(diào)試必設(shè)參數(shù)有哪些?？刂埔饬x是什么。節(jié)能控制風(fēng)機水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計有V/f模式，這種模式可改善電動機和變頻器的效率，其可根據(jù)負(fù)載電流自動降低變頻器輸出電壓，從而達(dá)到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設(shè)置為有效或無效。

　　在我們常用的編程、組態(tài)、通訊還用到了MPI、ASI等技術(shù)。這些技術(shù)協(xié)議實現(xiàn)西門子PLC主機與智能從站之間的通訊，甚至兼容符合第三方產(chǎn)品的通訊協(xié)議。西門子通訊大致有MPI網(wǎng)絡(luò)通訊、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊、工業(yè)以太網(wǎng)通訊這三種。
　　西門子PLC的MPI網(wǎng)絡(luò)通訊MPI叫多點接口通信，一般用于小范圍、小點數(shù)現(xiàn)場級通訊，可實現(xiàn)西門子PLC的操作面板（TP/OP）和上位機之間的數(shù)據(jù)交換，例如西門子PLCs7-200/300/400，它的通訊速率19.2Kbit-12Mbit，多可連接32個接點，通訊距離50m以內(nèi)。

　　刪除工作存儲器中由SFC創(chuàng)建的數(shù)據(jù)塊；剩余的數(shù)據(jù)塊具有來自裝入存儲器的預(yù)置值。復(fù)位過程映像和所有定時器計數(shù)器和位存儲器，不管它們是否具有保持性分配。OB中的程序執(zhí)行一次然后循環(huán)程序開始執(zhí)行?！裨跓釂又?，在程序中斷處重新開始執(zhí)行程序不復(fù)位定時器計數(shù)器和位存儲器)。在啟動時所有數(shù)據(jù)標(biāo)志存儲器定時器計數(shù)器過程映像及數(shù)據(jù)塊的當(dāng)前值被保持，OB中的程序執(zhí)行一次。然后程序從斷點處斷電,CPUSTOP)恢復(fù)執(zhí)行。