西門子S7-300系列PLC的PID功能塊的應用經驗

1、可以在軟件中進行自動整定；

該部分主要對整個項目中圍繞SIMATICs7-1200的產品硬件設計作詳細的說明。最好配以帶有SIMATIC S7-1200控制柜或者產品的圖片加以說明。

2、自動整定的PID參數可能對于系統來說不是最好的，就需要手動憑經驗來進行整定。P參數過小，達到動態平衡的時間就會太長；P參數過大，就容易產生超調。

PID功能塊在梯形圖（程序）中應當注意的問題：

1、最好采用PID向導生成PID功能塊；

2、我要說一個最簡單的也是最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該存儲器的常閉觸點這樣的永不斷開的觸點！

筆者在以前的一個工程調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，而且不正常時發現PID功能塊都沒問題（PID參數正確、使能正確），就是沒有輸出。最后查了好久，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才不會出現問題，一旦停止了設備就會出現問題——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，以免出現同樣失誤。

下面是PID控制器參數整定的一般方法：

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。

PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：

一是理論計算整定法。

它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。

二是工程整定方法。

它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，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，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。
但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現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工作；

(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；

(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整PID的大小。

比例I/微分D=2，具體值可根據儀表定，再調整比例帶P，P過頭，到達穩定的時間長，P太短，會震蕩，永遠也打不到設定要求。

PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照：

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：

參數整定找最佳，從小到大順序查；

先是比例后積分，最后再把微分加；

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；

一看二調多分析，調節質量不會低。
經過多年的工作經驗，我個人認為PID參數的設置的大小，一方面是要根據控制對象的具體情況而定；另一方面是經驗。P是解決幅值震蕩，P大了會出現幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統達到穩定時間長；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是消除靜態誤差的，一般D設置都比較小，而且對系統影響比較小。對于溫度控制系統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P在30-60%之間；I在30-90s之間；D在30以下。

這里介紹一種經驗法。這種方法實質上是一種試湊法，它是在生產實踐中總結出來的行之有效的方法，并在現場中得到了廣泛的應用。

這種方法的基本程序是先根據運行經驗，確定一組調節器參數，并將系統投入閉環運行，然后人為地加入階躍擾動（如改變調節器的給定值），觀察被調量或調節器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質量不滿意，則根據各整定參數對控制過程的影響改變調節器參數。這樣反復試驗，直到滿意為止。

經驗法簡單可靠，但需要有一定現場運行經驗，整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調節器時，有多個整定參數，反復試湊的次數增多，不易得到最佳整定參數。

下面以PID調節器為例，具體說明經驗法的整定步驟：

A.讓調節器參數積分系數S0=0，實際微分系數k=0，控制系統投入閉環運行，由小到大改變比例系數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S1為當前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數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S0保持不變，改變比例系數S1，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續調整，直到滿意為止。否則，將原比例系數S1增大一些，再調整積分系數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S1和積分系數S0為止。
D.引入適當的實際微分系數k和實際微分時間TD，此時可適當增大比例系數S1和積分系數S0。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調整，直到控制過程滿意為止。

PID參數是根據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控制，一般只用PI控制。P=1-10，I=0.1-1，D=0，這些要在現場調試時進行修正的。

PID控制說明：

在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。

當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。

PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

比例（P）控制：比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。

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系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統。為了消除穩態誤差，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態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。

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）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）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。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。