二、PID指令介紹

1.指令說明

PID指令說明如表6-76所示。

表6-76PID指令說明

2.PID控制回路參數(shù)表

PID運(yùn)算由P(比例)、I(積分)和D(微分)三項運(yùn)算組成，PID運(yùn)算公式如下:

Mn=[KcX(SPn-PVn)]+[KcX(Ts/Ti)X(SPn-PVn)+Mx]+[KcX(Td/Ts*)X(SPn-PVn)]

在上式中，Mn為PID運(yùn)算輸出值，[Kc(SPn-PVn)]為比例運(yùn)算項，[KcX(Td/Ts)X(SP,-PV)+M]為積分運(yùn)算項，[KcX(T/T)X(SPn-PVn)]為微分運(yùn)算項。

要進(jìn)行PID運(yùn)算，須先在PID控制回路參數(shù)表中設(shè)置運(yùn)算公式中的變量值。PID控制回路參數(shù)表見表6-77。在表中,過程變量(PVn)相當(dāng)于圖6-59中的反饋信號,設(shè)定值(SPn)

相當(dāng)于圖6-59中的給定信號，輸出值(Mn)為PID運(yùn)算結(jié)果值，相當(dāng)于圖 6-59中的控制

信號。如果將過程變量(PVn)值存放在VD200雙字單元,那么設(shè)定值(SPn)、輸出值(Mn)

則要分別存放在VD204、VD208單元。

表6-77PID控制回路參數(shù)表

3.PID運(yùn)算項的選擇

PID運(yùn)算由P(比例)、|(積分)和D(微分)三項運(yùn)算組成，可以根據(jù)需要選擇其中的一項或兩項運(yùn)算。

①如果不需要積分運(yùn)算，應(yīng)在參數(shù)表中將積分時間(Ti)設(shè)為無限大，這樣(Ts/Ti)

值接近0，雖然沒有積分運(yùn)算，但由于有上一次的積分值M，積分項的值也不為0.

②如果不需要微分運(yùn)算，應(yīng)將微分時間(Td)設(shè)為0.0。

③如果不需要比例運(yùn)算，但需要積分或微分回路，可以把增益(Kc)設(shè)為0.0，系統(tǒng)

會在計算積分項和微分項時，把增益(Kc)當(dāng)作1.0看待。

4.PID輸入量的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化

PID控制電路有兩個輸入量:設(shè)定值和過程變量。設(shè)定值通常是人為設(shè)定的參照值，

如設(shè)置的水壓值;過程變量值來自受控對象，如壓力傳感器檢測到的水壓值。由于現(xiàn)實中

的設(shè)定值和過程變量值的大小、范圍和工程單位可能不一樣，在執(zhí)行PID指令進(jìn)行PID運(yùn)算前，必須先把輸入量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點型數(shù)值。

PID輸入量的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化過程如下:

①將輸入量從16位整數(shù)值轉(zhuǎn)換成32位實數(shù)(浮點數(shù))。該轉(zhuǎn)換程序如圖6-60

所示。

圖6-6016位整數(shù)值轉(zhuǎn)換成32位實數(shù)

②將實數(shù)轉(zhuǎn)換成0.0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。轉(zhuǎn)換表達(dá)式為

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)化值=輸入量的實數(shù)值1跨度+偏移量

跨度值通常取32000(針對0~32000單極性數(shù)值)或64000(針對-32000~+32000

雙極性數(shù)值);偏移量取0.0(單極性數(shù)值)或0.5(雙極性數(shù)值)。該轉(zhuǎn)換程序如圖6-61

圖6-61

5. PID輸出量的轉(zhuǎn)換

在PID運(yùn)算前,需要將實際輸入量轉(zhuǎn)換成0.0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)值,然后進(jìn)行PID運(yùn)算，PID運(yùn)算后得到的輸出量也是0.0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)值，這樣的數(shù)值無法直接驅(qū)動PID的控制對象，因此需要將PID運(yùn)算輸出的0.0~1.0標(biāo)準(zhǔn)值按比例轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)，再送到模擬量輸出單元，通過模擬量輸出端子輸出。

PID輸出量的轉(zhuǎn)換表達(dá)式為PID輸出量整數(shù)值=(PID運(yùn)算輸出量標(biāo)準(zhǔn)值-偏移量)x跨度

PID輸出量的轉(zhuǎn)換程序如圖6-62所示。

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圖6-62

PID指令應(yīng)用舉例

下面以圖6-59所示的恒壓供水控制為例來說明PID 指令的應(yīng)用。

(1)確定PID控制回路參數(shù)表的內(nèi)容

在編寫PID控制程序前，首先要確定PID控制回路參數(shù)表的內(nèi)容。參數(shù)表中的給定值SPn增益值Kc、采樣時間Ts、積分時間下、微分時間Ti。需要在PID指令執(zhí)行前輸入，來自壓力傳感器的過程變量值需要在PID指令執(zhí)行前轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值并存入過程變量單元。參數(shù)表中的變量值要根據(jù)具體情況來確定，還要在實際控制時反復(fù)調(diào)試以

達(dá)到最佳控制效果。本例中的PID控制回路參數(shù)表的值見表6-78，因為希望水箱水壓維持在滿水壓的70%，故將給定值SPn設(shè)為0.7，不需要微分運(yùn)算，將微分時間設(shè)為0。

(2) PID控制程序

恒壓供水PID控制程序如圖6-63所示。

表6-78PID控制回路參數(shù)表的值

圖6-63恒壓供水PID控制程序

在程序中，網(wǎng)絡(luò)1用于設(shè)置PID控制回路的參數(shù)表，包括設(shè)置給定值SPn增益值Kc采樣時間Ts、積分時間Ti和微分時間Td:網(wǎng)絡(luò)2用于將模擬量輸入AIW0單元中的整數(shù)值轉(zhuǎn)換成0.0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，再作為過程變量值PVn，存入?yún)?shù)表的VD100單元，AIW0單元中的整數(shù)值由壓力傳感器產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)PLC 的A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換而來;網(wǎng)絡(luò)3用于啟動系統(tǒng)從參數(shù)表取變量值進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算輸出值M，存入?yún)?shù)表的VD108單元:網(wǎng)絡(luò)4用于將VD108中的標(biāo)準(zhǔn)化輸出值(0.0~1.0)按比例轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的整數(shù)值(0~32000)，再存入模擬量輸出 AQW0單元，AQW0單元的整數(shù)經(jīng)D/A(數(shù)/模)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，去控制變頻器工作頻率，進(jìn)而控制水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水壓。

審核編輯：劉清