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S7-200PLC 的PID控制模块的使用方法

一般编程问题

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  • 开发语言:Others
  • 实例大小:0.58M
  • 下载次数:12
  • 浏览次数:83
  • 发布时间:2021-02-13
  • 实例类别:一般编程问题
  • 发 布 人:好学IT男
  • 文件格式:.pdf
  • 所需积分:2
 

实例介绍

【实例简介】
S7-200 能够进行PID 控制。 PID 是闭环控制系统的比例-积分-微分控制算法。 PID 控制器根据设定值(给定)与被控对象的实际值(反馈)的差值,按照PID 算法 计算出控制器的输出量,控制执行机构去影响被控对象的变化。 PID 控制是负反馈闭环控制,能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动,使反馈 跟随给定变化。
积分时间( Integral Time) 偏差值恒定时,积分时间决定了控制器输岀的变化速率。积分时间越短,偏差得到的 修正越快。过短的积分时间有可能造成不稳定 积分时间的长度相当于在阶跃给定下,增益为“1”的时候,输出的变化量与偏差值相 等所需要的时间,也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时间。 如果将积分时间设为最大值,则相当于没有积分作用。 微分时间( Derivative time) 偏差值发生改变时,微分作用将増加一个尖峰到输出中,随着时间流逝减小。微分时 间越长,输岀的变化越人ε微分使控制对扰动的敏感度増加,也就是偏差的变化率越 大,微分控制作用越强。微分相当于对反馈变化趋势的预测性调整 如果将微分时间设置为0就不起作用,控制器将作为PI调节器工作。 常问问题 对于某个具体的PID控制项目,是否可能事先得知比较合适的参数?有没有相关 的经验数据? 虽然有理论上计算PID参数的方法,但由于闭环调节的影响因素很多而不能全部在数 学上精确地描述,计算出的数值往往没有什么实际意义。因此,除了实际调试获得参 数外,没有什么可用的经验参数值存在。甚至对于两套看似一样的系统,都可能通过 实际调试得到完全不同的参数值 2、PID控制不稳定怎么办?如何调试PID? 闭环系统的调试,首宄应当做丌环测试。所谓开环,就是在PID调节器不投入工作的 时候,观察 ●反馈通道的信号是否稳定 输出通道是否动作正常 可以试着给出一些比较保守的PID参数,比如放大倍数(增益)不要太大,可以小于 1,积分时间不要太短,以免引起振荡。在这个基础上,可以直接投入运行观察反馈的 波形变化。给出一个阶跃给定,观察系统的响应是最好的方法。 如果反馈达到给定值之后,历经多次振荡才能稳定或者根本不稳定,应该考虑是否增 益过人、积分时间过短;如果反馈迟迟不能跟随给定,上升速度很慢,应该考虑是香 增益过小、积分时间过长… 总之,PID参数的调试是一个综合的、互相影响的过程,实际调试过程中的多次尝试 是非常重要的步骤,也是必须的。 S7-200的新一代产品提供了自整定的PID细调功能。 3、没有采用积分控制时,为何反馈达不到给定? 这是必然的。因为积分控制的作用在于消除纯比例调节系统固有的“静差”。没有积 分控制的比例控制系统中,没有偏差就没有输岀量,没有输岀就不能维持反馈值与给 定值相等。所以永远不能做到没有偏差 4、如何实现PID反作用调节? 参见PID向导屮的常间间题。 5、S7-200控制变频器,在变频器也有PID控制功能时,应当使用谁的PID功能? 可以根据具体情况使用。一般来说,如果需要控制的变量直接与变频器直接有关,比 如变频水泵控制水压等,可以优先考虑使用变频器的PID功能 6、《s7-200系统手册》上的附录H.14“用S7-200实现PID控制”的例子,是否可 以直接使用? 《S7-200系统于册》中的附录H在英文原版中并不存在。 H.14的PID例子是在第一代产品还不支持PID运算指令时的产物。现在用户可以使用 PID指令块,或者 PID Wizard(PID向导)编缉PID控制程序。 PID Wizard-PID向导 Micro/WIN提供了 PID Wizard(PID指令向导),可以帮助用户方便地生成一个闭环 控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数PID运算的自动编程,用户只需在主 程序中调用PID向导生成的子程序,就可以完成PID控制任务。 PID向导既可以生成模拟量输岀PID控制算法,也支持开关量输岀;既支持连续自动 调节,也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对PID编程,以避免不必要的错 误。如果用户不能确定中文编程界面的语义,我们建议用户使用英文版本的 Micro/WIN,以免对向导中相关概念发生误解。 建议用户使用较新的编程软件版本。在新版本中的PID向导获得了改善。 PID向导编程步骤 在 Micro/WIN屮的命令菜单屮选择 Tools> Instruction Wizard,然后在指令向导窗 口中选择PID指令: Instruction wizard This s7-200 Instruction wizard will allow configuring complex operations quickly and easily. The id will present a series of options for the requested forrmula. Upon completion the wizard will 100701 nerate the program code for the selected configuration is a list of the instruction formulae that th rd ts. What instruction formula PID Configure the operations of a Pid instruction 01 NETR/NET To begin configuring the selected formula, click Next 2日 Cancel 图1.选择PID向导 在使用向导时必须先对项目进行编译,在随后弹出的对话框中选择“Yes”,确认编 译。如果已有的程序中存在错误,或者有没有编完的指令,编译不能通过。 如果你的项目屮已经配置了一个PID回路,则向导会指出已经存在的PID回路,并让 你选择是配冒修改已有的回路,还是配置一个新的回路: 57-200 Instruction Wizard(PID) This formula will help configure a PlD [Proportional, Integral, Derivative loop)instruction The Pid nstruction uses a loop tabe containing 9 parameters whch control the operation of the loop. the 10001 be configured for the PID loop, and spec fy any special operations on the input and the output t it from the list below and click 'Next. To c eate a rew PiD configur ation selec he ration. Your project contains the hollowing existing PID configurations. T o edit an exis: ing configu t↓ ations to I+ I Click next to edit this Net Cancel 图2.选择需要配置的回路 第一步:定义需要配置的PID回路号 s7-200 Instruction wizard(PID) This formula will hElp conficure a PlD (Proportional, Integr al, Deriative loop) instruction. Te PID instruction uses a loop table contairing 9 pa ameters which conbol the operation f the loop. the 001201 parameters will be configured for the PID loop, and specify any special operations on the input and the Each FID instruction in the program must use a different loop 01 01 which PID loop would you like to configure?0 3 4 x2图 5 Nesb 图3.选择PID回路号 第二步:设定PID回路参数 57-200 Instruction Wizard (PID) Lcop jetport Scall 10001 pecify how Ihe loop setpoint should be scaled. The loop setpoint is a parameter that you will provide to the subroutine generated by the wizard peciFy the Low I lange for the Loop jetpoint pecify the High Range for the Loop setp Lcop Paraneter Gain( 1.0)b T( 10.00 Sample Time 1. 0 sede Derivative Time( 0.00 min)d. 可LF Next> ancel 图4.设置PID参数 图4中: a.定义回路设定值(SP,即给定)的范围 在低限( Low Range)和高限( High range)输入域中输入实数,缺省值为0.0和 100.0,表小给定值的取值范围占过程反馈量程的百分比 这个范围是给定值的取值范围。它也可以用实际的工程单位数值表示。参见:设置 给定一反馈的量程范围。 以下定义PID回路参数,这些参数都应当是实数: b.Gain(增益):即比例常数。 C. Integral Time(积分时间):如果不想要积分作用,可以把积分吋间设为无 穷人:999.99 d. Derivative time(微分时间):如果不想要微分回路,可以把微分时间设为 e. Sample Time(采样时间):是PID控制回路对反馈采样和重浙计算输出值的时 冋间隔。在向导完成后,若想要修改此数,则必须返回向导中修改,不可在程序中或 状态表中修改。 注意:关于具体的PID参数值,每一个项目都不一样,需要现场调试来定,没有所 谓经验参数。 第三步:设定回路输入输出值 s7-200 Instruction Wizard (PID) Lcop Inout Oti 10001 Gpec ity hew he loop rocess ariable [m]should be scaled. The Loop m! is a parameter you sPecify for the subroutine generated by the wizard us∈20zfes High Range 01 Lcop Output Option 0 specify hcw he loop Output should be scaled The Loop output is a parameter you specify for the sLbrout ne generated by the wizaRd e AndoE- Low Range Digilal N七烈 Curiel 图5.设定PID输入输出参数 在图5中,首先改定过程变量的范围: a.指定输入类型 Unipolar:单极性,即输入的信号为正,如0-10V或0-20mA等 Bipolar:双极性,输入信号在从负到正的范围内变化。如输入信号为±10V、 士5V等时选用 20% Offset:选用20%偏移。如果输入为4-20mA则选单极性及此项,4mA是0 20mA信号的20%,所以选20%偏移,即4mA对应6400,20mA对应32000 b.反馈输入取值范围 在a.设置为 Unipolar时,缺省值为0-32000,对应输入量程范闱0-10V或 0-20m等,输入信号为正 在a.设置为 Bipolar时,缺省的取值为-32000-+32000,对应的输入范围根 据量程不同可以是士10V、±5V等 在a.选中20%0 offset时,取值范围为6400-32000,不可改变 此反馈输入也可以是工程单位数值,参见:设置给定一反馈的量程范围 然后定义输出类型 c.0 utput Type(输出类型) 可以选择模拟量输岀或数字量输岀。模拟量输岀用来控制一些需要模拟量给定的设 备,如比例阌、变频器等:数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的 山室比变化,可以控制固态继电器(加热棒等) d.选择模拟量则需设定回路输岀变量值的范围,可以选择: Unipolar:单极性输出,可为0-10V或0-20mA等 Bipolar:双极性输出,可为正负10V或正负5V等 20% Offset:如果选中20%偏移,使输出为4-20mA e.取值范围 d为 Unipolar时,缺省值为0到32000 d为 Bipolar时,取值-3200到32000 d为20%0 Eset时,取值6400-32000,不可改变 如果选择了开关量输出,需要设定此占空比的周期 第四步:设定回路报警选项 7-200 Instruction Wizard (PID) Loop Alarm Up 100101 The wizard can provide outputs for various loop conditions. The outputs ale set when the alam v Enable Low Alarm [P Normalized Low Alarm Limit (0. I0 3》a v Enable High Alarm (PV) Normalized High Alarm Limit仙00 v Enable Analog Input Module Eror Pre Next 图6.设定回路报警限幅值 向导提供了三个输岀来反映过程值(Pν)的低值报警、髙值报警及过程值模拟量模块错 误状态。岀报警条件满足时,输岀置位为1。这些功能在选中了相应的选择框之后起 作用 a.使能低值报警并设定过程值(V)报警的低值,此值为过程值的百分数,缺省值为 0.10,即报警的低值为过程值的10%。此值最低可设为0.01,即满量程的1% b.使能高值报警并设定过程值(PV)报警的高值,此值为过程值的百分数,缺省值为 0.90,即报警的高值为过程值的90%。此值最高可设为1.00,即满量程的100% C 使能过程值(Pν模拟量模块错误报警并设定模块于CPU连迕接时所处的模块位 置。“0”就是第一个扩展模块的位置 第五步:指定PID运算数据存储区 7-200 Instruction Wizard (PID) Allocate Memory for Configur ation 100=01 The loop table stores the parameters used for controlling the loop operation the table is 36 bytes in size Additionally, the options you have selected require 32 - ytes of data for calculation calculations area 0 The wizard can sugcest an address that represent> an unused blocs of 7-memory of the correct 01 Suggest Addr VBo through VBE < Fr Cancel 图7.分配运算数据存储区 PID指令(功能块)使用了一个120个字节的Ⅴ区参数表来进行控制回路的运算工 作;除此之外,PID向导生成的喻入/输岀量的标准化程序也需要运算数据存储区。需 要为它们定义一个起始地址,要保证该地址起始的若干字节在程序的其它地方没有被 重复使用。如果点击“ Suggest Address”,则向导将自动为你设定当前程序中没有用 过的V区地址。 自动分配的地址只是在执行PID向导时编译检测到空闲地址。向导将自动为该参数 表分配符号名,用户不要再自己为这些参数分配符号名,否则将导致PID控制不执 行 【实例截图】
【核心代码】

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