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1. 引言
在本章中將重點(diǎn)介紹如何使用GForce-200 PLC CPU222進(jìn)行PID回路控制。
2. PID控制概述
GForce-200系列PLC能夠進(jìn)行PID控制，其CPU最多可支持8個(gè)PID控制回路。PID是閉環(huán)控制系統(tǒng)中比例-積分-微分控制算法，它可以看作是這三項(xiàng)之和，根據(jù)設(shè)定值與被控對(duì)象實(shí)際值的差值，按PID方式計(jì)算出控制輸出量，使反饋跟隨設(shè)定值變化，因此PID控制是負(fù)反饋閉環(huán)控制。其中比例項(xiàng)是增益（Kc）與偏差的乘積，積分項(xiàng)與偏差的和成正比，而微分項(xiàng)與偏差的變化成正比。
PID控制功能是通過PID指令功能塊實(shí)現(xiàn)的。在S7-200中，PID回路指令運(yùn)用回路表中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行PID運(yùn)算，交換數(shù)據(jù)，編程極其簡(jiǎn)便，該指令影響特殊存儲(chǔ)器標(biāo)志位SM1.1 (溢出)。只有在邏輯堆棧棧頂值為1時(shí)，才能進(jìn)行PID運(yùn)算。本指令有兩個(gè)操作數(shù)：TBL和LOOP（如下圖所示）。其中TBL 是回路表的起始地址，操作數(shù)
限用VB區(qū)，數(shù)據(jù)類型是BYTE型；LOOP 是回路號(hào)可以是 0 到 7 的整數(shù)，因此在程序中最多可以用 8 條PID 指令。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 PID 指令用了同一個(gè)回路號(hào)，即使這些指令的回路表不同，那么這些 PID 運(yùn)算之間也會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。在直接使用PID 指令功能塊之前，必須把增益（Kc）、采樣時(shí)間（Ts）、積分時(shí)間（Ti）、微分時(shí)間（Td）等等這些實(shí)數(shù)全部轉(zhuǎn)換成0.0-1.0之間的實(shí)數(shù)，以便PID 指令功能塊接受，也就是說把外界實(shí)際物理量轉(zhuǎn)換成PID 指令可以接收的數(shù)據(jù)，即輸入/輸出的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化處理。
3. PID控制編程調(diào)試
在本套系統(tǒng)中，為了生產(chǎn)需求，鍋爐內(nèi)蒸汽壓力應(yīng)維持在0.85-1.0MPa之間，壓力的大小由壓力變送器檢測(cè)，變送器壓力量程0-2.5MPa，輸出DC4-20mA。因此在0.85MPa時(shí)，相應(yīng)的電流輸出是9.44Ma，同樣1.0MPa時(shí)輸出為10.4mA，其標(biāo)準(zhǔn)化刻度值如下圖所示。
過程變量值是壓力變送器檢測(cè)的單極性模擬量，回路輸出值也是一個(gè)單極性模擬量用來控制鼓風(fēng)機(jī)的速度。這兩個(gè)模擬量的范圍是 0.0 -1.0 ，分辨率為1/32000 (標(biāo)準(zhǔn)化)。可以初步確定Kc=0.06，Ts=0.2，Ti=10.0，在這里不用微分作用，程序編輯如下圖。
程序上采用了主程序，子程序，中斷程序的結(jié)構(gòu)模式，程序清晰，明了，大大縮短了周期掃描時(shí)間。
4. 調(diào)試程序
選擇PID的參數(shù)，以及相互間的配合，可以影響PID控制的穩(wěn)定性。如采樣時(shí)間過短對(duì)外部信號(hào)的變化有可能檢測(cè)不到，而過長(zhǎng)的采樣時(shí)間顯然不能滿足控制精度的要求。又如過大的增益又會(huì)造成控制的震蕩。在調(diào)試程序時(shí)要注意這些參數(shù)的設(shè)置，慢慢調(diào)試以至達(dá)到穩(wěn)定的PID控制。
5. 結(jié)束語(yǔ)
PID控制在閉環(huán)控制中有著重要的作用，這里僅以控制鼓風(fēng)機(jī)的速度來保持鍋爐內(nèi)蒸汽壓力的恒定，介紹PID控制。同樣鍋爐內(nèi)負(fù)壓的維持，也是類似與此，這里不在詳細(xì)介紹。
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