s7-200 plc的pid参数自整定功能及其应用

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1、S7-200PLC的PID参数自整定功能及其应用介绍了西门子新一代小型PLCS7-200的PID参数自整定的基本思想和PID整定控制面板的使用方法。PID控制回路的参数整定是模拟量闭环控制中的一个难点，如果初始参数选择不当，可能会出现很大的超调量，甚至使系统不稳定。西门子公司的新一代小型S7-200PLC具有PID参数自整定功能，V4.0版的编程软件STEP7-Micro/WIN增加了PID整定控制面板。这两项功能相结合，使用户能轻松地实现PID的参数自整定，同时可以对最多8个回路进行自整定。自整定能提供一组近似最优的整定参数。自整定的基本方法S7-200

2、使用的自整定算法基于K.J.?str?m和T.H?gglund在1984年提出的继电反馈算法，该算法在一个稳定的控制过程中产生一个小幅度的持续振荡。根据过程变量振荡的周期和幅度的变化，确定最终的频率和增益，并用它们来求出PID控制器的增益、积分时间常数和微分时间常数的推荐值。自整定能用于正作用和反作用的P、PI、PD、PID回路的整定。自动确定滞后和偏差自整定除了推荐整定值外，还可以自动确定滞后(hysteresis)值和过程变量峰值偏差(deviation)值。在限制由PID自整定建立的持续振荡的幅值时，这些参数用于减少过程噪声的影响，从而更精确地计算出

3、过程的自然振荡频率。自整定过程在确定了滞后值和偏差值之后，将初始阶跃施加到回路的输出量，开始执行自整定过程。输出值的阶跃变化会使过程变量值产生相应的变化。当输出值的变化使过程变量超出滞后区范围时，检测到一个过零（zero-crossing）事件。在发生过零事件时，自整定将向相反方向改变输出值。自整定继续对过程变量进行采样，并等待下一个过零事件，该过程总共需要12次过零才能完成。过程变量的峰-峰值（峰值误差）和过零事件产生的速率都与控制过程的动态特性直接相关。在自整定过程初期，会适当调节输出阶跃值，从而使过程变量的峰-峰值更接近希望的偏差值。如果两次过零之间

4、的时间超出过零看门狗间隔时间，自整定过程将以错误告终，过零看门狗间隔时间的默认值为2h。过程变量振荡的频率和幅度代表了控制过程的增益和自然频率。根据在自整定过程中采集的控制过程的增益和自然频率的相关信息，计算出最终的增益和频率值，由此可以计算出推荐的增益值、积分时间和微分时间。自整定过程完成后，回路的输出将恢复到初始值，在下一周期将开始正常的PID计算。PID整定控制面板S7-200的V4.0版编程软件STEP7-Micro/WIN中的PID整定控制面板用图形方式监视PID回路。该面板还可用来起动或取消自整定过程，设置自整定的参数，并将推荐的整定值或用户设

5、置的整定值应用到实际控制中。图中给出了在自整定过程中PID控制器的给定值SP、输出MV和过程变量PV的变化情况。使用控制面板时，编程软件应与S7-200建立通信连接，将至少有一个PID回路的用户程序下载到PLC，并将PLC切换到运行模式。图形显示区用不同的颜色显示SP、PV和MV的波形图（如图）。左侧纵轴的刻度是用百分数表示的各变量的相对值，右侧纵轴的刻度是PV和SP的实际值。 可以用屏幕左下方的单选框选择参数的当前值、推荐值或手动值，选择手动值可以手工修改参数。点击“更新PLC”按钮，将显示的参数传送到被监视的PID回路中。“开始自动调谐”按钮用来启动和

6、停止自整定过程。通过图形显示下方的“当前PID”选择框，用下拉式菜单选择希望在控制面板中监视的PID回路。在“采样速率”区，可以选择图形显示的采样时间间隔（1～480s），用“设置时间”按钮来使修改后的采样速率生效。可以用“暂停”按钮冻结和恢复曲线图的显示。在图形区单击鼠标右键，然后执行“clear”（清除）命令，可以清除图形。PID参数自整定实例为了观察自整定的效果，将自整定用于一个微型温度控制系统，温度变送器将0℃～60℃的温度转换为DC0～10V的电压，CPU224XP的模拟量输入通道A（AIW0）将它转换为0～32000的数字量。加热用的电阻丝用Q

7、0.0输出的DC24VPWM脉冲来控制。1.第1次实验点击编程软件指令树中的“向导PID”图标，在出现的对话框中，设置PID回路0的设定值范围为0.0%~100.0%，增益为1.0，采样周期为1.0s，积分时间为1.0min，微分时间为0.05min。如果设置微分时间为0，向导会认为用户选择的是PI控制器。设置PID控制器的输入、输出量均为单极性，变化范围均为0～32000。回路不使用报警功能，占用VB0~VB119。完成了向导中的设置工作后，将会自动生成子程序PID0_INIT和中断程序PID_EXE。在编程时，将指令树的“指令调用子程序”文件夹

8、中的PID0_INIT图标“拖放”到主程序的梯形图编辑区中，设置P