西門子S7-200 PID編程學習心得

1.         注意區分輸入端接的是電壓信號還是電流信號；輸出端是電流信號還是電壓信號。在模擬模塊上不同信號下的接線方式。
2.         了解信號輸入元件相關資料：
如使用溫度變送器，要了解溫度變送器測量范圍，如0～100℃；輸出電流范圍4～20mA；分度號是什么，如PT100；接線原理圖等。相關輸入元件；輸出元件在模擬模塊上的接線方式。其他如工程要求的精度是多少等。
3.         關于PID設定值(VD204)確認：
假定我們將控制溫度定位23.5℃；以單極性為例，首先應確定輸入信號是0～10V電壓信號還是4～20mA電流信號？，這在PID設定值中非常重要。
如是0～10V電壓輸入信號對應0～32000，溫度范圍0～100℃，設定值為可直接算出: VD204=23.5/（100-0）=0.235；
若是電流4～20mA，其對應數值應為6400～32000，溫度范圍0～100℃，則設定值應為0.388。
原因：模擬模塊中0～32000對應0～20mA；其中6400～32000對應4～20mA對應0～100℃；這就必須進行相關的計算，23.5℃電流計算方式：
（20-4）：（100-0）=（X-4）:23.5;
解方程：X=7.76(mA)。
設定值：VD204=7.76/20=0.388.
4.         關于PID輸出值(VD208)確認：
以單極性為例，應確定輸出信號是0～10V電壓信號還是4～20mA電流信號對應著0～32000？
若是輸出信號AQW0對應電壓信號，比如0～10V，則
AQW0=（實數VD208*32000在轉化成整數）即可；
若是輸出信號AQW0對應電流信號，比如4～20 mA，則
AQW0=（實數VD208*32000在轉化成整數+6400）。
5.         關于PID恒溫控制實際：
通過上機實驗可知：PID恒溫控制是圍繞著設定值進行調節的。若設定溫度為23.5℃；當溫度低于設定值時，加溫蒸汽調節閥始終處于全部打開狀態，；當溫度達到23.5℃，加溫用的蒸汽調節閥開始逐漸關閉，在關閉過程中，溫度有可能仍在漸漸上升，溫度偏離越大，關閉速度越快；知道全部關閉為止；當溫度再次低于設定值時，加溫蒸汽調節閥則會逐漸打開，打開速度取決于溫度偏離值的大小，偏離越大，打開速度越快；直到溫度再次達到設定值。若溫度長時間未達到設定值，調節功能會將調節閥全部打開，這就是我所觀察到的PID恒溫控制情況。所以，我們可以根據實控情況進行必要的編程，有效的利用低于設定值時PID控制時段；切斷高于設定值部分的PID控制，在溫度高于設定值后，即可根據生產要求干脆部分或全部關閉加溫閥。以防溫度上升過高。來求得*的溫控效果。
PID 自整定步驟
*步：在 PID Wizard (向導）中完成 PID 功能組態
要想使用 PID 自整定功能，PID 編程必須用 PID 向導來完成 
第二步：打開 PID 調節控制面板，設置 PID 回路調節參數
在 Micro/WIN V4.0 在線的情況下，從主菜單 Tools > PID Tune Control Panel 或點擊進入 PID 調節控制面板中，如果面板沒有被激活（所有地方都是灰色），可點擊 Configure（配置）按鈕運行 CPU。在 PID 調節面板的 e.區選擇要調節的 PID 回路號，在 d.區選擇 Manual（手動），調節 PID 參數并點擊
Update（更新），使新參數值起作用，監視其趨勢圖，根據調節狀況改變 PID 參數直至調節穩定。
為了使 PID 自整定順利進行，應當做到：
?6?1使 PID 調節器基本穩定，輸出、反饋變化平緩，并且使反饋比較接近給定 
?6?1設置合適的給定值，使 PID 調節器的輸出遠離趨勢圖的上、下坐標軸，以免 PID 自整定開始后輸出值的變化
范圍受限制 
在此允許你設定下列參數：
a.你可以選中復選框，讓自整定來自動計算死區值和偏移值對于一般的 PID 系統，建議使用自動選擇。
b.Hysteresis（滯回死區）：
死區值規定了允許過程值偏離設定值的zui大（正負）范圍，過程反饋在這個范圍內的變化不會引起 PID 自整定調節器改變輸出，或者使 PID 自整定調節器“認為”這個范圍內的變化是由于自己改變輸出進行自整定調節而引起的。PID 自整定開始后，只有過程反饋值超出了該區域，PID 自整定調節器才會認為它對輸出的改變發生了效果。這個值用來減少過程變量的噪聲對自整定的干擾，從而更地計算出過程系統的自然振動頻率。如果選用自動計算，則缺省值為 2％。如果過程變量反饋干擾信號較強（噪聲大）自然變化范圍就大，可能需要人為設置一個較大的值。但這個值的改變要與下面的偏差值保持 1:4 的關系。
c.Deviation（偏差）：
偏差值決定了允許過程變量偏離設定值的峰峰值。如果選擇自動計算該值，它將是死區的 4 倍，即 8％。有些非常敏感的系統不允許過程量偏離給定值很多，也可以人工設置為比較小的值，但是要和上述“死區”設置保持比例關系。這就是說，一個精度要求高的系統，其反饋信號必須足夠穩定。
d.Initial Output Step（初始步長值）：PID 調節的初始輸出值
PID 自整定開始后，PID 自整定調節器將主動改變 PID 的輸出值，以觀察整個系統的反應。初始步長值就是輸出的變動*步變化值，以占實際輸出量程的百分比表示。
e.Watchdog Time（看門狗時間）：過程變量必須在此時間（時基為秒）內達到或穿越給定值，否則會產生看門狗超時錯誤。PID 自整定調節器在改變輸出后，如果超過此時間還未觀察到過程反饋（從下至上或從上至下）穿越給定曲線，則超時。如果能夠事先確定實際系統響應非常慢，可以加長這個時間。
f.動態響應選項：根據回路過程（工藝）的要求可選擇不同的響應類型：快速、中速、慢速、極慢速 
o 快速：可能產生超調，屬于欠阻尼響應
o 中速：在產生超調的邊緣，屬于臨界阻尼響應 
o 慢速：不會產生任何超調，屬于過阻尼響應 
o 極慢速：不會產生任何超調，屬于嚴重過阻尼響應用戶在這里需要達到的系統控制效果，而不是對系統本身響應快慢的判斷。
g.設定完參數點擊 OK 鍵回到 PID 調節控制面板的主畫面 
第四步：在手動將 PID 調節到穩定狀態后，即過程值與設定值接近，且輸出沒有不規
律的變化，并處于控制范圍中心附近。此時可點擊 d.區內的 Start Auto Tune 按
鈕啟動 PID 自整定功能，這時按鈕變為 Stop Auto Tune。這時只需耐心等待，系統完
成自整定后會自動將計算出的 PID 參數顯示在 d.區。當按鈕再次變為 Start Auto
Tune 時，表示系統已經完成了 PID 自整定。
要使用自整定功能，必須保證 PID 回路處于自動模式。開始自整定后，給定值不能再改變。
第五步：如果用戶想將 PID 自整定的參數應用到當前 PLC 中，則只需點擊 Update
PLC。 
完成 PID 調整后，下載一次整個項目（包括數據塊），使新參數保存到 CPU 的
EEPROM 中。
                          PID 自整定失敗的原因
1.PID 輸出在zui大值與zui小值之間振蕩（曲線接觸到坐標軸）

解決方法：降低 PID 初始輸出步長值（initial output step）
2.經過一段時間后，PID 自整定面板顯示如下信息：“ The Auto Tune algorithm
was aborted due to a zero-crossing watchdog timeout.” 即自整定計算因為等待
反饋穿越給定值的看門狗超時而失敗。
解決方法： 確定在啟動 PID 自整定前，過程變量和輸出值已經穩定。并檢查
Watchdog Time 的值，將其適當增大。
對于其它錯誤，可參考手冊中表 15－3 中的錯誤代碼的描述。  如何獲得一個穩定的 PID 回路
在開始 PID 自整定調整前，整個 PID 控制回路必須工作在相對穩定的狀態。
穩定的 PID 是指過程變量接近設定值，輸出不會不規則的變化，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，并在這一區間內調節變化 

產生原因：
o 增益（Gain）值太高
o PID 掃描時間（sample time）太長（對于快速響應 PID 的回路）
解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時間
2.過程變量超過設定值很多（超調很大）

產生原因：積分時間（Integral time)可能太高
解決方法：降低積分時間
3.得到一個非常不穩定的 PID

產生原因：
o如果用了微分，可能是微分參數有問題
o沒有微分，可能是增益（Gain）值太高
解決方法：
o調整微分參數到 0－1 的范圍內 
o根據回路調節特性將增益值降低，zui低可從 0.x 開始逐漸增大往上調，直到獲得穩定的 PID。
 
S7-200 PLC在PID閉環控制系統中的應用