S7-200中的PID控制(温度控制举例)专题培训课件.ppt

HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexibleS7-200中的中的PID控控制制(温度控制温度控制举举例例)HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexibleS7-200 PID 温度控制温度控制PID控制理论简介控制理论简介PID温度控制示例温度控制示例工作原理工作原理任务目标任务目标实现过程实现过程 提纲提纲2HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID控制理论简介控制理论简介PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kc，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。3HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID控制理论简介比例调节控制理论简介比例调节按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的振荡。比例调节作用比例调节作用4HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID控制理论简介积分调节控制理论简介积分调节使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ki，Ki越小，积分作用就越强。反之Ki大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。积分调节作用积分调节作用5HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID控制理论简介微分调节控制理论简介微分调节微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。微分调节作用微分调节作用6HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例PID控制理论简介控制理论简介PID温度控制示例温度控制示例工作原理工作原理任务目标任务目标实现过程实现过程 提纲提纲7HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexibleS7-200 PID 温度控制温度控制工作原理工作原理任务目标任务目标实现过程实现过程PID温度控制示例温度控制示例8HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例工作原理工作原理 PID温度控制系统是一个闭环系统，由PLC的输出控制加热器对热电阻的加热程度.同时通过温度传感器将热电阻当前的实际温度转变成电信号，再通过PLC的模拟量输入端将温度传感器传回来的电信号转变成数字量传送给CPU以用于计算。对PLC进行编程，可以设定目标温度，然后通过PID调节控制PLC的输出，使热电阻的实际温度逐渐趋近于目标温度。9HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例工作原理工作原理任务目标任务目标实现过程实现过程PID温度控制示例温度控制示例10HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例任务目标 使用西门子文本显示屏TD200C实时监测热电阻的实际温度并且可以通过显示屏设定目标温度以及PID控制参数。通过PLC实现温度的PID调节。11HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例工作原理工作原理任务目标任务目标实现过程实现过程PID温度控制示例温度控制示例12HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例实现过程通过PID向导配置PID回路PID相关指令及回路表通过文本显示向导配置TD200C显示屏编写程序13HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible实现过程实现过程通过通过PID向导配置向导配置PID回路回路1进入PID配置向导2选择要配置的PID回路3设置回路参数4设置回路的输入/输出选项5设置回路的报警选项6为配置分配存储区7指定子程序和中断程序8生成PID代码完成配置步骤步骤14HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤1：进入：进入PID配置向导配置向导选择项目树中的选择项目树中的“向导向导-PID”进入PID配置向导15HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible1.选择要配置的PID回路。2.点击“下一步”按钮。配置配置PID回路回路步骤步骤2：选择要配置的：选择要配置的PID回路回路 16HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤3：设置回路参数：设置回路参数1.设置给定值的最小值为0.0最大值为60.0,即给定的温度范围是060度。2.设置PID控制参数均使用默认值。3.点击“下一步”按钮。17HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤4：设置回路的输入：设置回路的输入/输出选项输出选项 1.指定回路的过程变量（pv）使用单极性标定。2.设置过程变量（pv）的标定范围为032000。3.设置输出类型为数字量输出，占空比周期为1秒。4.点击“下一步”按钮。18HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤5：设置回路的报警选项：设置回路的报警选项 点击“下一步”按钮。19HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤6：为配置分配存储区：为配置分配存储区 1.选择一个未使用的V存储区来存放模块的配置信息，可以点击“建议地址”按钮，让系统来选定一个合适的存储区。这里PID回路存储区的首地址为VB400。2.点击“下一步”按钮。20HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤7：指定子程序和中断程序：指定子程序和中断程序 1.为向导子程序和中断程序命名。2.点击“下一步”按钮。21HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置PID回路回路步骤步骤8：生成：生成 PID 代码完成配置代码完成配置 点击“完成”按钮生成PID代码完成配置。22HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例实现过程通过PID向导配置PID回路PID相关指令及回路表通过文本显示向导配置TD200C显示屏编写程序23HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible实现过程实现过程PID相关指令及回路表通过向导完成对PID回路的配置后回生成子程序“PIDx_INIT”。相关指令相关指令24HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID相关指令及回路表 PIDx_INIT指令指令PIDx_INIT指令根据在PID向导中设置的输入和输出执行PID功能。每次扫描均调用该指令。PIDx_INIT指令的输入和输出取决于在PID向导中所作的选择。例如，如果选择“增加PID手动控制”功能则在指令中将显示Auto_Manual（自动/手动切换）和ManualOutput（手动模式下的输出值）输入，如果在PID向导的“回路报警选项”屏幕中选择“使能低限报警（PV）”，则在指令中将显示LowAlarm（低限报警）输出。25HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID相关指令及回路表 PIDx_INIT指令指令输入输入/输出输出数据类型数据类型注释注释ENEN布尔布尔使能位，为使能位，为1 1时调用该指令时调用该指令PV_IPV_I整数整数PIDPID回路的过程变量回路的过程变量Setpoint_RSetpoint_R实数实数PIDPID回路的设定值回路的设定值Auto_ManualAuto_Manual布尔布尔PIDPID手动手动/自动切换自动切换ManualOutputManualOutput实数实数手动模式下的输出值手动模式下的输出值Output(Output(数字数字)布尔布尔由向导确定由向导确定PLCPLC输出为数字量输出为数字量Output(Output(模拟模拟)整数整数由向导确定由向导确定PLCPLC输出为模拟量输出为模拟量HighAlarmHighAlarm布尔布尔高限报警高限报警LowAlarmLowAlarm布尔布尔低限报警低限报警ModuleErrModuleErr布尔布尔模拟量输入模块报错模拟量输入模块报错26HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID相关指令及回路表相关指令及回路表回路表回路表PID回路表回路表PIDPID回路表回路表偏移量偏移量域域格式格式类型类型说明说明0进程变量双字实数入包含进程变量，必须在0.0至4设定值双字实数入包含设定值，必须在0.0至1.0范围内。8输出双字实数入/出包含计算输出，在0.0至1.0范围内。12增益双字实数入包含增益，此为比例常数，可为正数或负数。16采样时间双字实数入包含采样时间，以秒为单位，必须为正数。20积分时间或复原双字实数入包含积分时间或复原，以分钟为单位，必须为正数。24微分时间或速率双字实数入包含微分时间或速率，以分钟为单位，必须为正数。28偏差双字实数入/出包含0.0和1.0之间的偏差或积分和数值。32以前的进程变量双字实数入/出包含最后一次执行PID指令存储的进程变量以前的数值。27HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例实现过程通过PID向导配置PID回路PID相关指令及回路表通过文本显示向导配置TD200C显示屏编写程序28HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例通过向导配置通过向导配置TD200C显示屏显示屏 1.进入文本显示的配置向导进入文本显示的配置向导 2.选择选择 TD 型号和版本型号和版本 3.使能标准菜单、密码及设置更新速率使能标准菜单、密码及设置更新速率 4.设置本地化显示设置本地化显示 5.配置键盘按键配置键盘按键 6.基本配置完成，进行用户菜单配置。基本配置完成，进行用户菜单配置。7.定义用户菜单和文字定义用户菜单和文字 8.完成用户菜单配置完成用户菜单配置 9.向导部分完成向导部分完成 10.为配置分配存储区为配置分配存储区 11.生成项目组件生成项目组件 步骤步骤29HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏选择项目树中的选择项目树中的“向导向导-文本显示文本显示”进入文本显示屏配进入文本显示屏配置向导置向导步骤步骤1：进入文本显示配置向导：进入文本显示配置向导30HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。步骤步骤1：进入文本显示配置向导：进入文本显示配置向导31HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.选择选择TD的型号和版本。的型号和版本。2.点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。步骤步骤2：选择：选择TD型号和版本型号和版本32HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.设置密码保护，这里未启用密码保护设置密码保护，这里未启用密码保护2.使能标准菜单，根据需要选择。使能标准菜单，根据需要选择。3.设置更新速率。设置更新速率。4.点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。步骤步骤3：使能标准菜单、密码及设置更新速率：使能标准菜单、密码及设置更新速率33HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.选择显示文本的语言。选择显示文本的语言。2.选择显示文本的字符集。选择显示文本的字符集。3.点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。步骤步骤4：配置本地化显示：配置本地化显示34HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.配置键盘按钮的动作，可以选择配置键盘按钮的动作，可以选择“置位置位”或或“瞬动触点瞬动触点”。2.设置显示相应的响应标志。设置显示相应的响应标志。3.点击点击“下一步下一步”按钮进入下一步。按钮进入下一步。步骤步骤5：配置键盘按键：配置键盘按键35HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏点击点击“用户菜单用户菜单”选项进入用户菜单配置向导。选项进入用户菜单配置向导。步骤步骤6：基本配置完成进入用户菜单配置：基本配置完成进入用户菜单配置36HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.定义用户菜单，这里定义了三个用户菜单分别是：PID温度监测，PID参数设定，PID目标温度设定。2.选择“PID温度监测”菜单点击“添加屏幕”按钮为其添加一个屏幕。该屏幕用于显示PID温度控制系统的实际温度。步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字37HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.输入要在屏幕上显示的文本。2.点击“插入PLC数据”按钮在屏幕上插入一个区域用来显示PLCV存储区中某一地址的值。步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字38HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏1.指定数据地址为VD1000（后面编写PLC程序是会用到该地址）。2.选择数据格式为实数（浮点数）。3.设置显示到小数点后一位。4.点击“确认”按钮完成PLC数据的插入。步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字39HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏点击“确认”按钮完成一个屏幕的添加。步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字40HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏按照上面的方法为菜单按照上面的方法为菜单“PID参数参数设定设定”添加三个屏幕添加三个屏幕屏幕屏幕0：用于设定比例增益系数：用于设定比例增益系数Kc屏幕屏幕1：用于设定积分时间常数：用于设定积分时间常数Ti屏幕屏幕2：用于设定文分时间常数：用于设定文分时间常数Td步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字41HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕0 用于设定比用于设定比例增益系数例增益系数Kc42HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕0中中PLC数据的属性数据的属性数据地址为数据地址为VD412（根据（根据PID回路表回路表VD412中的值既中的值既是是Kc）。）。数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。显示小数点后两位显示小数点后两位允许用户编辑允许用户编辑43HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕1 用于设定积用于设定积分时间常数分时间常数Ti44HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕1中中PLC数据的属性数据的属性数据地址为数据地址为VD420（根据（根据PID回路表回路表VD412中的值既中的值既是是Ti）。）。数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。显示小数点后两位显示小数点后两位允许用户编辑允许用户编辑45HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕2 用于设定微用于设定微分时间常数分时间常数Td46HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕2中中PLC数据的属性数据的属性数据地址为数据地址为VD424（根据（根据PID回路表回路表VD412中的值既中的值既是是Td）。）。数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。显示小数点后两位显示小数点后两位允许用户编辑允许用户编辑47HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏按照上面的方按照上面的方法为菜单法为菜单“PID目标温目标温度设定度设定”添加添加一个屏幕一个屏幕0用于设定用于设定PID温度控制系统温度控制系统的目标温度的目标温度步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕048HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤7：定义用户菜单和文字：定义用户菜单和文字屏幕屏幕0中中PLC数据的属性数据的属性数据地址为数据地址为VD2000（后面编写（后面编写PLC程序时会用到该程序时会用到该地址）。地址）。数据格式为实数（浮点数）。数据格式为实数（浮点数）。显示小数点后一位显示小数点后一位允许用户编辑允许用户编辑49HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤8：完成用户菜单配置：完成用户菜单配置点击点击“下一步下一步”按钮完成用户菜单配置。按钮完成用户菜单配置。50HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤9：向导部分完成：向导部分完成点击“下一步”按钮进入下一步。51HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤10：为配置分配存储区：为配置分配存储区1.选择一个未使用的V存储区来存放模块的配置信息，可以点击“建议地址”按钮，让系统来选定一个合适的存储区。2.点击“下一步”按钮进入下一步。52HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible配置配置TD200C显示屏显示屏步骤步骤11：生成项目组件：生成项目组件点击“完成”按钮完成配置53HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexiblePID温度控制示例温度控制示例实现过程通过PID向导配置PID回路PID相关指令及回路表通过文本显示向导配置TD200C显示屏编写程序54HardwareSoftwareWorkshopWinCC Flexible实现过程实现过程编写程序编写程序 网络1.使用SM0.0调用PID0_INT子程序。VD2000内的值有文本显示屏设定，作为目标温度用于控制。网络2.根据PID回路表VD400内存放当前的过程变量，此变量值的范围是0.01.0，与实际温度的比例关系是1:60，将VD400内的数值乘上60之后传送到VD100内，以便在文本显示屏上显示当前温度。使用使用STEP7-Micro/Win编写如下程序并下载到编写如下程序并下载到PLC中即可启中即可启动运行实现动运行实现PID温度控制。温度控制。55HardwareSoftwareWorkshopWinCC FlexibleEnd of presentation!Thank you for your attention！56