S7-1200--S7-1500-PID-控制.pdf

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ SIMATICSIMATIC S7S7-1200,S71200,S7-15001500 PID PID 控制控制 功能手册功能手册 10/201810/2018 A5E35300232-AD 前言前言 文档指南文档指南 1 1 控制原理控制原理 2 2 组态软件控制器组态软件控制器 3 3 使用使用 PID_CompactPID_Compact 4 4 使用使用 PID_3StepPID_3Step 5 5 使用使用 PID_TempPID_Temp 6 6 使用使用 PID PID 的基本功能的基本功能 7 7 辅助函数辅助函数 8 8 指令指令 9 9 服务与支持服务与支持 A A Siemens AG Division Digital Factory Postfach 48 48 90026 NRNBERG 德国 A5E35300232-AD 09/2018 本公司保留更改的权利 Copyright Siemens AG 2018.保留所有权利 法律资讯法律资讯 警告提示系统警告提示系统 为了您的人身安全以及避免财产损失，必须注意本手册中的提示。人身安全的提示用一个警告三角表示，仅与财产损失有关的提示不带警告三角。警告提示根据危险等级由高到低如下表示。危险危险 表示如果不采取相应的小心措施，将会将会导致死亡或者严重的人身伤害。警告警告 表示如果不采取相应的小心措施，可能可能导致死亡或者严重的人身伤害。小心小心 表示如果不采取相应的小心措施，可能导致轻微的人身伤害。注意注意 表示如果不采取相应的小心措施，可能导致财产损失。当出现多个危险等级的情况下，每次总是使用最高等级的警告提示。如果在某个警告提示中带有警告可能导致人身伤害的警告三角，则可能在该警告提示中另外还附带有可能导致财产损失的警告。合格的专业人员合格的专业人员 本文件所属的产品/系统只允许由符合各项工作要求的合格人员合格人员进行操作。其操作必须遵照各自附带的文件说明，特别是其中的安全及警告提示。由于具备相关培训及经验，合格人员可以察觉本产品/系统的风险，并避免可能的危险。按规定使用按规定使用 Siemens Siemens 产品产品 请注意下列说明：警告警告 Siemens 产品只允许用于目录和相关技术文件中规定的使用情况。如果要使用其他公司的产品和组件，必须得到 Siemens 推荐和允许。正确的运输、储存、组装、装配、安装、调试、操作和维护是产品安全、正常运行的前提。必须保证允许的环境条件。必须注意相关文件中的提示。商标商标 所有带有标记符号 的都是 Siemens AG 的注册商标。本印刷品中的其他符号可能是一些其他商标。若第三方出于自身目的使用这些商标，将侵害其所有者的权利。责任免除责任免除 我们已对印刷品中所述内容与硬件和软件的一致性作过检查。然而不排除存在偏差的可能性，因此我们不保证印刷品中所述内容与硬件和软件完全一致。印刷品中的数据都按规定经过检测，必要的修正值包含在下一版本中。PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 3 前言前言 本文档用途本文档用途 本文档可为用户组态和编程 S7-1200 和 S7-1500 自动化系统的控制任务提供支持。所需基本知识所需基本知识 理解本文档中的内容，需要具备以下知识：自动化技术的基本知识 SIMATIC 工业自动化系统知识 熟练使用 STEP 7(TIA Portal)文档的有效性文档的有效性 本文档涉及的软件控制器适用于自动化系统 S7-1200 和 S7-1500 的 CPU 与 STEP 7(TIA Portal)搭配使用的情况。本文档中未涉及的其它 SW 控制器适用于 S7-300 和 S7-400 与 STEP 7(TIA Portal)搭配使用的情况。软件控制器概述(页 42)部分完整概述了 STEP 7(TIA Portal)中的所有软件控制器及其可能应用。约定约定 请遵循下面所标注的注意事项：说明说明 这些注意事项包含有关本文档所述的产品、使用该产品或应特别关注的文档部分的重要信息。其它帮助其它帮助 有关西门子技术支持方面的信息，清参见附录“服务与支持(页 652)”。关于各种 SIMATIC 产品与自动化系统的技术文档范围，请访问 Internet(http:/ 控制 4 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 目录目录 前言前言 .3 3 1 1 文档指南文档指南 .1313 2 2 控制原理控制原理 .1818 2.1 受控系统和执行器.18 2.2 受控系统.20 2.3 控制部分的特征值.22 2.4 脉冲控制器.26 2.5 对设定值变化和干扰的响应.30 2.6 不同反馈结构中的控制响应.31 2.7 为指定受控系统选择控制器结构.39 2.8 PID 参数设置.41 3 3 组态软件控制器组态软件控制器 .4242 3.1 软件控制器概述.42 3.2 组态软件控制器的步骤.44 3.3 添加工艺对象.45 3.4 组态工艺对象.46 3.5 在用户程序中调用指令.48 3.6 将工艺对象下载到设备.49 3.7 调试软件控制器.51 3.8 保存项目中优化的 PID 参数.51 3.9 比较值.52 3.9.1 比较显示和约束条件.52 3.9.2 比较值.53 3.10 参数视图.55 3.10.1 参数视图简介.55 3.10.2 参数视图结构.58 3.10.2.1 工具栏.58 3.10.2.2 导航.59 3.10.2.3 参数表.59 3.10.3 打开参数视图.62 3.10.4 参数视图默认设置.63 目录 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 5 3.10.5 使用参数视图.66 3.10.5.1 概述.66 3.10.5.2 过滤参数表.67 3.10.5.3 将参数表排序.67 3.10.5.4 将参数数据传送给其它编辑器.69 3.10.5.5 指示错误.69 3.10.5.6 在项目中编辑起始值.70 3.10.5.7 组态的状态（离线）.72 3.10.5.8 参数视图中的在线监视值.73 3.10.5.9 更改值的显示格式.74 3.10.5.10 创建监视值的快照.76 3.10.5.11 修改值.77 3.10.5.12 比较值.79 3.10.5.13 将来自在线程序的值应用为起始值.81 3.10.5.14 初始化在线程序中的设定值.82 3.11 显示工艺对象的背景 DB。.83 4 4 使用使用 PID_CompactPID_Compact .8484 4.1 工艺对象 PID_Compact.84 4.2 PID_Compact V2.85 4.2.1 组态 PID_Compact V2.85 4.2.1.1 基本设置 V2.85 4.2.1.2 过程值设置 V2.89 4.2.1.3 高级设置 V2.90 4.2.2 调试 PID_Compact V2.99 4.2.2.1 预调节 V2.99 4.2.2.2 精确调节 V2.101 4.2.2.3“手动”模式 V1.103 4.2.3 通过 PID_Compact V2 进行超驰控制.104 4.2.4 使用 PLCSIM 仿真 PID_Compact V2.108 4.3 PID_Compact V1.109 4.3.1 组态 PID_Compact V1.109 4.3.1.1 基本设置 V1.109 4.3.1.2 过程值设置 V1.113 4.3.1.3 高级设置 V1.114 4.3.2 调试 PID_Compact V1.122 4.3.2.1 调试 V1.122 4.3.2.2 预调节 V1.123 4.3.2.3 精确调节 V1.125 4.3.2.4“手动”模式 V1.127 4.3.3 使用 PLCSIM 仿真 PID_Compact V1.128 目录 PID 控制 6 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 5 5 使用使用 PID_3StepPID_3Step .129129 5.1 工艺对象 PID_3Step.129 5.2 PID_3Step V2.130 5.2.1 组态 PID_3Step V2.130 5.2.1.1 基本设置 V2.130 5.2.1.2 过程值设置 V2.136 5.2.1.3 最终控制元件设置 V2.137 5.2.1.4 高级设置 V2.141 5.2.2 调试 PID_3Step V2.145 5.2.2.1 预调节 V2.145 5.2.2.2 精确调节 V2.147 5.2.2.3 使用手动 PID 参数 V2 进行调试.149 5.2.2.4 测量电机转换时间 V2.150 5.2.3 使用 PLCSIM 仿真 PID_3Step V2.152 5.3 PID_3Step V1.153 5.3.1 组态 PID_3Step V1.153 5.3.1.1 基本设置 V1.153 5.3.1.2 过程值设置 V1.159 5.3.1.3 V1 最终控制元件设置.160 5.3.1.4 高级设置 V1.163 5.3.2 调试 PID_3Step V1.167 5.3.2.1 调试 V1.167 5.3.2.2 预调节 V1.168 5.3.2.3 精确调节 V1.169 5.3.2.4 使用手动 PID 参数 V1 进行调试.171 5.3.2.5 测量电机转换时间 V1.172 5.3.3 使用 PLCSIM 仿真 PID_3Step V1.175 6 6 使用使用 PID_TempPID_Temp .176176 6.1 工艺对象 PID_Temp.176 6.2 组态 PID_Temp.177 6.2.1 基本设置.177 6.2.1.1 简介.177 6.2.1.2 控制器类型.179 6.2.1.3 设定值.180 6.2.1.4 过程值.180 6.2.1.5 加热和制冷输出值.181 6.2.1.6 级联.183 6.2.2 过程值设置.184 6.2.2.1 过程值的限值.184 6.2.2.2 过程值标定.184 目录 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 7 6.2.3 输出设置.185 6.2.3.1 输出的基本设置.185 6.2.3.2 输出值限值和标定.189 6.2.4 高级设置.193 6.2.4.1 过程值监视.193 6.2.4.2 PWM 限值.194 6.2.4.3 PID 参数.197 6.3 调试 PID_Temp.205 6.3.1 调试.205 6.3.2 预调节.206 6.3.3 精确调节.209 6.3.4“手动”模式.213 6.3.5 替代设定值.214 6.3.6 级联调试.214 6.4 使用 PID_Temp 的级联控制.215 6.4.1 简介.215 6.4.2 创建程序.217 6.4.3 组态.219 6.4.4 调试.221 6.4.5 替代设定值.222 6.4.6 工作模式和故障响应.222 6.5 使用 PID_Temp 的多区域控制.224 6.6 使用 PID_Temp 进行超驰控制.227 6.7 使用 PLCSIM 仿真 PID_Temp.232 7 7 使用使用 PID PID 的基本功能的基本功能 .233233 7.1 CONT_C.233 7.1.1 工艺对象 CONT_C.233 7.1.2 组态控制器误差 CONT_C.234 7.1.3 组态控制器算法 CONT_C.235 7.1.4 组态输出值 CONT_C.236 7.1.5 对脉冲控制器进行编程.237 7.1.6 调试 CONT_C.238 7.2 CONT_S.239 7.2.1 工艺对象 CONT_S.239 7.2.2 组态控制器误差 CONT_S.240 7.2.3 组态控制算法 CONT_S.241 7.2.4 组态调节值 CONT_S.241 7.2.5 调试 CONT_S.242 目录 PID 控制 8 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 7.3 TCONT_CP.243 7.3.1 工艺对象 TCONT_CP.243 7.3.2 组态 TCONT_CP.244 7.3.2.1 控制器误差.244 7.3.2.2 控制算法.245 7.3.2.3 调节值连续控制器.247 7.3.2.4 调节值脉冲控制器.248 7.3.3 调试 TCONT_CP.251 7.3.3.1 TCONT_CP 优化.251 7.3.3.2 优化要求.254 7.3.3.3 优化可能性.256 7.3.3.4 调谐结果.259 7.3.3.5 控制器通道的并行调谐.260 7.3.3.6 故障说明和更正措施.261 7.3.3.7 执行预调节.265 7.3.3.8 执行精确调节.266 7.3.3.9 取消预调节或精确调节.266 7.3.3.10 在控制模式下手动精确调节.267 7.3.3.11 手动执行精确调节.269 7.4 TCONT_S.270 7.4.1 工艺对象 TCONT_S.270 7.4.2 组态控制器误差 TCONT_S.271 7.4.3 组态控制器算法 TCONT_S.272 7.4.4 组态调节值 TCONT_S.273 7.4.5 调试 TCONT_S.273 8 8 辅助函数辅助函数 .274274 8.1 Polyline.274 8.2 SplitRange.275 8.3 RampFunction.276 9 9 指令指令 .277277 9.1 PID_Compact.277 9.1.1 PID_Compact 的新特性.277 9.1.2 与 CPU 和 FW 的兼容性.281 9.1.3 PID_Compact V2.x 的 CPU 处理时间和存储器要求.282 9.1.4 PID_Compact V2.283 9.1.4.1 PID_Compact V2 的说明.283 9.1.4.2 PID_Compact V2 的工作模式.287 9.1.4.3 PID_Compact V2 的输入参数.291 9.1.4.4 PID_Compact V2 的输出参数.293 9.1.4.5 PID_Compact V2 的输入/输出参数.295 9.1.4.6 PID_Compact V2 的静态变量.296 目录 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 9 9.1.4.7 更改 PID_Compact V2 接口.307 9.1.4.8 模式 V2 的参数状态.310 9.1.4.9 参数 ErrorBits V2.315 9.1.4.10 变量 ActivateRecoverMode V2.318 9.1.4.11 变量 Warning V2.320 9.1.4.12 IntegralResetMode V2 变量.321 9.1.4.13 PID_Compact 的示例程序.323 9.1.5 PID_Compact V1.331 9.1.5.1 PID_Compact V1 说明.331 9.1.5.2 PID_Compact V1 的输入参数.335 9.1.5.3 PID_Compact V1 的输出参数.336 9.1.5.4 PID_Compact V1 的静态变量.338 9.1.5.5 参数 State 和 sRet.i_Mode V1.345 9.1.5.6 参数 Error V1.349 9.1.5.7 参数 Reset V1.350 9.1.5.8 变量 sd_warning V1.352 9.1.5.9 变量 i_Event_SUT V1.353 9.1.5.10 变量 i_Event_TIR V1.353 9.2 PID_3Step.354 9.2.1 PID_3Step 的新特性.354 9.2.2 与 CPU 和 FW 的兼容性.357 9.2.3 PID_3Step V2.x 的 CPU 处理时间和存储器要求.358 9.2.4 PID_3Step V2.359 9.2.4.1 PID_3Step V2 说明.359 9.2.4.2 PID_3Step V2 的工作模式.366 9.2.4.3 更改 PID_3Step V2 接口.370 9.2.4.4 PID_3Step V2 的输入参数.371 9.2.4.5 PID_3Step V2 的输出参数.374 9.2.4.6 PID-3Step V2 输入/输出参数.376 9.2.4.7 PID_3Step V2 的静态变量.377 9.2.4.8 模式 V2 的参数状态.391 9.2.4.9 参数 ErrorBits V2.397 9.2.4.10 变量 ActivateRecoverMode V2.401 9.2.4.11 变量 Warning V2.403 9.2.5 PID_3Step V1.404 9.2.5.1 PID_3Step V1 说明.404 9.2.5.2 PID_3Step V1 工作原理.410 9.2.5.3 PID_3Step V1 输入参数.414 9.2.5.4 PID_3Step V1 输出参数.417 9.2.5.5 PID_3Step V1 静态变量.419 9.2.5.6 参数 State 和 Retain.Mode V1.430 9.2.5.7 参数 ErrorBits V1.438 9.2.5.8 参数 Reset V1.440 9.2.5.9 变量 ActivateRecoverMode V1.441 目录 PID 控制 10 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 9.2.5.10 变量 Warning V1.443 9.2.5.11 变量 SUT.State V1.444 9.2.5.12 变量 TIR.State V1.444 9.3 PID_Temp.445 9.3.1 PID_Temp 的新特性.445 9.3.2 与 CPU 和 FW 的兼容性.445 9.3.3 PID_Temp V1 的 CPU 处理时间和存储器要求.446 9.3.4 PID_Temp.447 9.3.4.1 PID_Temp 说明.447 9.3.4.2 PID_Temp 的工作模式.452 9.3.4.3 PID_Temp 的输入参数.459 9.3.4.4 PID_Temp 的输出参数.461 9.3.4.5 PID_Temp V2 的输入/输出参数.464 9.3.4.6 PID_Temp 静态变量.466 9.3.4.7 PID_Temp 状态和模式参数.516 9.3.4.8 PID_Temp ErrorBits 参数.526 9.3.4.9 PID_Temp ActivateRecoverMode 变量.530 9.3.4.10 PID_Temp 警告变量.532 9.3.4.11 PwmPeriode 变量.534 9.3.4.12 IntegralResetMode 变量.537 9.4 PID 基本功能.539 9.4.1 CONT_C.539 9.4.1.1 CONT_C 说明.539 9.4.1.2 CONT_C 的工作原理.540 9.4.1.3 CONT_C 方框图.542 9.4.1.4 输入参数 CONT_C.543 9.4.1.5 CONT_C 输出参数.545 9.4.2 CONT_S.546 9.4.2.1 CONT_S 说明.546 9.4.2.2 CONT_S 工作模式.547 9.4.2.3 CONT_S 方框图.548 9.4.2.4 CONT_S 输入参数.549 9.4.2.5 CONT_S 输出参数.551 9.4.3 PULSEGEN.552 9.4.3.1 PULSEGEN 说明.552 9.4.3.2 PULSEGEN 的工作模式.553 9.4.3.3 PULSEGEN 的工作模式.557 9.4.3.4 三位控制.558 9.4.3.5 两位控制.561 9.4.3.6 PULSEGEN 输入参数.562 9.4.3.7 PULSEGEN 输出参数.563 目录 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 11 9.4.4 TCONT_CP.564 9.4.4.1 TCONT_CP 说明.564 9.4.4.2 TCONT_CP 的工作模式.565 9.4.4.3 脉冲发生器的工作原理.575 9.4.4.4 TCONT_CP 方框图.579 9.4.4.5 TCONT_CP 输入参数.581 9.4.4.6 TCONT_CP 输出参数.582 9.4.4.7 TCONT_CP 输入/输出参数.583 9.4.4.8 静态变量 TCONT_CP.584 9.4.4.9 参数 STATUS_H.590 9.4.4.10 参数 STATUS_D.591 9.4.5 TCONT_S.592 9.4.5.1 TCONT_S 说明.592 9.4.5.2 TCONT_S 的工作模式.594 9.4.5.3 TCONT_S 方框图.598 9.4.5.4 TCONT_S 输入参数.600 9.4.5.5 TCONT_S 输出参数.601 9.4.5.6 TCONT_S 输入/输出参数.601 9.4.5.7 TCONT_S 静态变量.602 9.4.6 集成的系统功能.604 9.4.6.1 CONT_C_SF.604 9.4.6.2 CONT_S_SF.604 9.4.6.3 PULSEGEN_SF.605 9.5 Polyline.606 9.5.1 与 CPU 和 FW 的兼容性.606 9.5.2 Polyline 说明.606 9.5.3 Polyline 工作原理.610 9.5.4 Polyline 的输入参数.614 9.5.5 Polyline 的输出参数.615 9.5.6 Polyline 的静态变量.615 9.5.7 ErrorBits 参数.617 9.6 SplitRange.623 9.6.1 与 CPU 和 FW 的兼容性.623 9.6.2 SplitRange 描述.623 9.6.3 SplitRange 输入参数.627 9.6.4 SplitRange 输出参数.627 9.6.5 SplitRange 静态变量.628 9.6.6 ErrorBits 参数.629 目录 PID 控制 12 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 9.7 RampFunction.632 9.7.1 与 CPU 和 FW 的兼容性.632 9.7.2 RampFunction 描述.632 9.7.3 RampFunction 工作模式.637 9.7.4 RampFunction 输入参数.641 9.7.5 RampFunction 输出参数.642 9.7.6 RampFunction 静态变量.643 9.7.7 ErrorBits 参数.645 A A 服务与支持服务与支持 .652652 索引索引 .656656 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 13 文档指南文档指南 1 1 SIMATIC S7-1500 自动化系统、基于 SIMATIC S7-1500 的 CPU 1516pro-2 PN 和分布式 I/O 系统 SIMATIC ET 200MP、ET 200SP 与 ET 200AL 的文档分为 3 个部分。这样，用户可以根据具体需求快速访问自己所需的特定信息。基本信息基本信息 在系统手册和入门指南中，对 SIMATIC S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系统的组态、安装、接线和调试进行了详细介绍。对于 CPU 1516pro-2 PN，可参见相应的操作说明。STEP 7 在线帮助则为用户提供有关组态和编程方面的技术支持。设备信息设备信息 产品手册中包含模块特定信息的简洁描述，如特性、端子图、功能特性、技术数据。文档指南 PID 控制 14 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 常规信息常规信息 功能手册中包含有关常规主题的详细介绍，如诊断、通信、运动控制、Web 服务器、OPC UA 等等。相关文档，可从 Internet(http:/ Internet：S7-1500/ET 200MP(https:/ 200SP(https:/ 200AL(https:/ 手册集中包含系统的完整文档，这些文档收集在一个文件中。可以在 Internet 上找到手册集：S7-1500/ET 200MP(https:/ 200SP(https:/ 200AL(https:/ CAx 数据以及编译“文档”区内的个人数据库。此外，支持申请页面还支持用户资料自动填写。用户可随时查看当前的所申请的支持请求。要使用“我的技术支持”中的所有功能，必须先进行注册。有关“我的技术支持”，敬请访问 Internet(https:/ PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 15“我的技术支持我的技术支持”-文档文档 在“我的技术支持”中的“文档”区域，用户可以使用整个手册或部分手册生成自己的手册。也可以将手册导出为 PDF 文件或后期可编辑的其它格式。有关“我的技术支持”-文档，敬请访问 Internet(http:/ CAx 数据数据 在“我的技术支持”中的 CAx 数据区域，可以访问 CAx 或 CAe 系统的最新产品数据。仅需轻击几次，用户即可组态自己的下载包。在此，用户可选择：产品图片、二维码、3D 模型、内部电路图、EPLAN 宏文件 手册、功能特性、操作手册、证书 产品主数据 有关“我的技术支持”-CAx 数据，敬请访问 Internet(http:/ 应用示例中包含有各种工具的技术支持和各种自动化任务应用示例。自动化系统中的多个组件完美协作，可组合成各种不同的解决方案，用户无需再关注各个单独的产品。有关应用示例，敬请访问 Internet(https:/ Selection ToolSelection Tool 通过 TIA Selection Tool，用户可选择、组态和订购全集成自动化(TIA)中的设备。该工具是 SIMATIC Selection Tool 的新一代产品，在一个工具中完美集成自动化技术的各种已知组态程序。通过 TIA Selection Tool，用户可以根据产品选择或产品组态生成一个完整的订购列表。TIA Selection Tool 可从 Internet (http:/ PID 控制 16 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD SIMATIC Automation Tool SIMATIC Automation Tool 通过 SIMATIC Automation Tool，可同时对不同的 SIMATIC S7 站进行系统调试和维护操作，而无需打开 TIA Portal 系统。SIMATIC Automation Tool 支持以下各种功能：扫描 PROFINET/以太网工厂网络，识别所有连接的 CPU 为 CPU 分配地址（IP、子网、网关）和站名称（PROFINET 设备）将日期和已转换为 UTC 时间的 PG/PC 时间传送到模块中 将程序下载到 CPU 中 切换操作模式 RUN/STOP 通过 LED 指示灯闪烁确定 CPU 状态 读取 CPU 错误信息 读取 CPU 诊断缓冲区 复位为出厂设置 更新 CPU 和所连模块的固件版本 SIMATIC Automation Tool 可从 Internet(https:/ SIEMENS PRONETA（PROFINET 网络分析服务）用于在调试过程中快速分析工厂网络的具体状况。PRONETA 具有以下两大核心功能：拓扑总览功能，分别扫描 PROFINET 和连接的所有组件。IO 检查，快速测试工厂接线和模块组态。SIEMENS PRONETA 可从 Internet(https:/ PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 17 SINETPLANSINETPLAN SINETPLAN 是西门子公司推出的一种网络规划工具，用于对基于 PROFINET 的自动化系统和网络进行规划设计。使用该工具时，在规划阶段即可对 PROFINET 网络进行预测型的专业设计。此外，SINETPLAN 还可用于对网络进行优化，检测网络资源并合理规划资源预留。这将有助于在早期的规划操作阶段，有效防止发生调试问题或生产故障，从而大幅提升工厂的生产力水平和生产运行的安全性。优势概览：端口特定的网络负载计算方式，显著优化网络性能 优异的现有系统在线扫描和验证功能，生产力水平大幅提升 通过导入与仿真现有的 STEP 7 系统，极大提高调试前的数据透明度 通过实现长期投资安全和资源的合理应用，显著提高生产效率 SINETPLAN 可从 Internet(https:/ 控制 18 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 控制原理控制原理 2 2 2.12.1 受控系统和执行器受控系统和执行器 受控系统受控系统 通过加热系统控制室温是受控系统的一个简单示例。传感器测量室温并将温度值传送给控制器。控制器将当前室温与设定值进行比较，并计算加热控制的输出值（调节变量）。如果 PID 控制器的设置正确，则会尽快达到此设定值，然后使其保持为常数值。输出值更改后，过程值通常仅随时间延迟而变化。控制器必须针对此响应进行补偿。执行器执行器 执行器是受控系统元件，受控制器影响。其功能是修改质量和能量流。下表概述了执行器的应用。应用应用 执行器执行器 液体或气体质量流 阀门、遮板、闸门阀 固体质量流，如大块材料 铰链式挡板、传送带、振动器通道 电流 开关触点、接触器、继电器、可控硅 可变电阻、可调变压器、晶体管 控制原理 2.1 受控系统和执行器 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 19 执行器分为以下几种：带有恒定起动信号的比例执行器 这些元件用于设置开启角度、角位置，或与输出值成比例的位置。输出值在控制范围内会对过程产生模拟量作用。此组中的执行器包括弹簧支撑的气动驱动器，以及构成位置控制系统的带位置反馈的电动驱动器。连续控制器（如 PID_Compact）会生成输出值。带脉冲宽度调制信号的比例执行器 这些执行器用于在采样时间间隔内生成长度与输出值成比例的脉冲输出。执行器（如加热电阻或制冷装置）在等时模式下接通，持续时间根据输出值的不同而有所不同。起动信号可呈现单极“打开”或“关闭”状态，或表示双极状态，如“打开/关闭”、“向前/向后”、“加速/制动”。输出值由两位控制器（如具有脉宽调制的 PID_Compact）生成。具有积分作用和三位起动信号的执行器 执行器经常由电机操作，操作周期与阻塞元件的执行器进给成比例。包括阀门、遮板和闸门阀等元件。尽管所有这些执行器的设计有所不同，但它们都受到受控系统输入端的积分作用的影响。步进控制器（如 PID_3Step）会生成输出值。控制原理 2.2 受控系统 PID 控制 20 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 2.22.2 受控系统受控系统 受控系统的属性几乎不受到影响，因为这些属性是由过程和机械的技术要求决定的。只能通过为特定受控系统选择合适的控制器类型以及调整控制器以适应受控系统的时间响应，来实现可接受的控制结果。因此，要对控制器的比例、积分和微分作用进行组态，很有必要详细了解受控系统的类型和参数。受控系统类型受控系统类型 根据受控系统对输出值阶跃变化的时间响应来对受控系统进行分类。受控系统有以下分类：自调节受控系统 比例作用受控系统 PT1 受控系统 PT2 受控系统 非自调节受控系统 具有/不具有时间的受控系统 自调节受控系统自调节受控系统 比例作用受控系统比例作用受控系统 在比例作用受控系统中，过程值几乎会立即随输出值而变化。过程值与输出值之间的比率由受控系统的比例 Gain 定义。示例：管道系统中的闸门阀 分压器 液压系统中的降压功能 控制原理 2.2 受控系统 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 21 PT1 PT1 受控系统受控系统 在 PT1 受控系统中，过程值的变化最初与输出值的变化成比例。过程值的变化率随时间减小，直至达到最终值，即被延迟。示例：弹簧减震系统 RC 元件的充电 由蒸汽加热的贮水器。加热与制冷过程，或充电和放电特性的时间常量通常相同。时间常量不同时，控制显然会更加复杂。PT2 PT2 受控系统受控系统 在 PT2 受控系统中，过程值不会立即跟随输出值的阶跃变化，即，过程值的增加与正向上升率成正比，然后随着上升率的下降而逼近设定值。受控系统通过二阶延迟元件显示比例响应特性。示例：压力控制 流速控制 温度控制 非自调节受控系统非自调节受控系统 非自调节受控系统具有积分响应。过程值趋于无限大的值。示例：流入容器的液体 具有死时间的受控系统具有死时间的受控系统 死时间总是表示在系统输出测量系统输入的变化之前到期的运行时间或传输时间。在具有死时间的受控系统中，过程值的变化将发生延迟，延迟时间等于死时间量。示例：传送带 控制原理 2.3 控制部分的特征值 PID 控制 22 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 2.32.3 控制部分的特征值控制部分的特征值 根据阶跃响应确定时间响应根据阶跃响应确定时间响应 受控系统的时间响应可根据输出值 y 发生阶跃变化之后的过程值 x 的时间特性来确定。大多数受控系统为自调节受控系统。时间响应可由使用变量延迟时间 Tu、恢复时间 Tg 和最大值 Xmax 来大致确定。这些变量可通过最大值的切点和阶跃响应的转折点来确定。在很多情况下，无法记录达到最大值的响应特性，因为过程值不能超过特定值。在这种情况下，上升率 vmax 用于确定受控系统(vmax=x/t)。控制原理 2.3 控制部分的特征值 PID 控制 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 23 受控系统的可控性可根据比率 Tu/Tg 或 Tu vmax/Xmax 来估算。规则：过程类型过程类型 T Tu u /T/Tg g 受控系统的适控性受控系统的适控性 I 0.3 难以控制 死时间对受控系统可控性的影响死时间对受控系统可控性的影响 具有死时间和恢复功能的受控系统对输出值跳变的响应如下所述。Tt 死时间 Tu 延迟时间 Tg 恢复时间 y 输出值 x 过程值 具有死时间的自调节受控系统的可控性由 Tt 与 Tg 的比率确定。Tt 必须小于 Tg。规则：Tt/Tg 1 控制原理 2.3 控制部分的特征值 PID 控制 24 功能手册,10/2018,A5E35300232-AD 受控系统的响应率受控系统的响应率 可以根据以下值来判断受控系统：Tu 0.5 min、Tg 0.5 min、Tg 5 min=慢速受控系统 特定受控系统的参数特定受控系统的参数 物理量物理量 受控系统受控系统 延迟时间延迟时间 T Tu u 恢复时间恢复时间 T Tg g 上升率上升率 v vmaxmax 温度 小型电热炉 0.5 到 1 min 5 到 15 min 一直到 60 K/min。大型电热退火炉 1 到 5 min 10 分钟到 20 分钟 一直到 20 K/min。大型燃气加热退火炉 0.2 到 5 min 3 分钟到 60 分钟 1 到 30 K/min 蒸馏塔 1 到 7 min 40 到 60 min 0.1 到 0.5 C/s 高压锅(2.5 m3)0.5 分