PID回路控制的原理与调试

1. 引言
　　在本章中将重点介绍如何使用GForce-200 PLC CPU222进行PID回路控制。
2. PID控制概述
　　GForce-200系列PLC能够进行PID控制，其CPU最多可支持8个PID控制回路。PID是闭环控制系统中比例-积分-微分控制算法，它可以看作是这三项之和，根据设定值与被控对象实际值的差值，按PID方式计算出控制输出量，使反馈跟随设定值变化，因此PID控制是负反馈闭环控制。其中比例项是增益（Kc）与偏差的乘积，积分项与偏差的和成正比，而微分项与偏差的变化成正比。
　　PID控制功能是通过PID指令功能块实现的。在S7-200中，PID回路指令运用回路表中的输入信息和组态信息，进行PID运算，交换数据，编程极其简便，该指令影响特殊存储器标志位SM1.1 （溢出）。只有在逻辑堆栈栈顶值为1时，才能进行PID运算。本指令有两个操作数：TBL和LOOP（如下图所示）。其中TBL 是回路表的起始地址，操作数限用VB区，数据类型是BYTE型；LOOP 是回路号可以是 0 到 7 的整数，因此在程序中最多可以用 8 条PID 指令。如果有两个或两个以上的 PID 指令用了同一个回路号，即使这些指令的回路表不同，那么这些 PID 运算之间也会产生不可预料的结果。在直接使用PID 指令功能块之前，必须把增益（Kc）、采样时间（Ts）、积分时间（Ti）、微分时间（Td）等等这些实数全部转换成0.0-1.0之间的实数，以便PID 指令功能块接受，也就是说把外界实际物理量转换成PID 指令可以接收的数据，即输入/输出的转换与标准化处理。
3. PID控制编程调试
　　在本套系统中，为了生产需求，锅炉内蒸汽压力应维持在0.85-1.0MPa之间，压力的大小由压力变送器检测，变送器压力量程0-2.5MPa，输出DC4-20mA。因此在0.85MPa时，相应的电流输出是9.44Ma，同样1.0MPa时输出为10.4mA，其标准化刻度值如下图所示。

　　 

 

　　过程变量值是压力变送器检测的单极性模拟量，回路输出值也是一个单极性模拟量用来控制鼓风机的速度。这两个模拟量的范围是 0.0 -1.0 ，分辨率为1/32000 （标准化）。可以初步确定Kc=0.06，Ts=0.2，Ti=10.0，在这里不用微分作用，程序编辑如下图。

　　 

 

　　 

 

　　程序上采用了主程序，子程序，中断程序的结构模式，程序清晰，明了，大大缩短了周期扫描时间。
4. 调试程序
　　选择PID的参数，以及相互间的配合，可以影响PID控制的稳定性。如采样时间过短对外部信号的变化有可能检测不到，而过长的采样时间显然不能满足控制精度的要求。又如过大的增益又会造成控制的震荡。在调试程序时要注意这些参数的设置，慢慢调试以至达到稳定的PID控制。
5. 结束语
　　PID控制在闭环控制中有着重要的作用，这里仅以控制鼓风机的速度来保持锅炉内蒸汽压力的恒定，介绍PID控制。同样锅炉内负压的维持，也是类似与此，这里不在详细介绍。