第5章-S7-1200-PLC的PID工艺功能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,5,章,S7-1200 PLC的PID工艺功能,1,5.1 模拟量闭环控制系统,组成,调节器,执行机构,被控对象,测量变送,sp(t),e(t),M(t),c(t),pv(t),+,-,2,5.1 模拟量闭环控制系统,变送器的选择,变送器分为电流输出型和电压输出型。,电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1,A干扰电流在10M输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。,电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较小(例如250)。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。,3,5.1 模拟量闭环控制系统,负反馈,闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控，被控量会往单一方向增大或减小，给系统的安全带来极大的威胁。,闭环控制系统的反馈极性与很多因素有关，例如因为接线改变了变送器输出电流或输出电压的极性，或改变了位移传感器(编码器)的安装方向，都会改变反馈的极性。,可以用下述方法来判断反馈的极性：在调试是断开D/A转换器和执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。控制器中有积分环节，因为反馈被断开了，不能消除余差，D/A转换器的输出电压会向一个方向变化。这时如果接上执行器，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。,4,5.1 模拟量闭环控制系统,PID控制的优点,不需要被控对象的数学模型,结构简单，容易实现,有较强的灵活性和适应性,使用方便,5,5.2 PID控制器的数字化,PID,调节器,D/A,被控对象,测量元件,sp(n),e(n),M(n),c(t),pv(t),+,-,执行机构,变送器,A/D,M(t),pv(n),PLC周期性地执行PID控制程序，执行的周期称为采用周期Ts。,6,5.3 PID_Compact指令,生成一个新项目 2/2,集成的模拟量输入的0号通道的量程为默认的010V：,9,5.3 PID_Compact指令,生成循环中断组织块,调用PID_Compact的时间间隔称为采样时间，为了保证精确的采样时间，用固定的时间间隔执行PID指令，在循环中断OB中调用PID_Compact指令。,建立循环组织块OB200，设置循环时间间隔为300ms。,10,打开任务卡的“扩展指令”窗口的PID文件夹，将其中的“PID_Compact”指令拖放到OB200中，将默认的背景数据块的名称改为PID_DB。,5.3 PID_Compact指令,调用PID_Compact指令,1/2,11,5.3 PID_Compact指令,调用PID_Compact指令,2/2,在程序块的文件夹中生成名为“PID_Compact”的功能块FB1130，生成的背景数据块PID_DB在项目树的文件夹“工艺对象”中。,12,5.3 PID_Compact指令,PID_Compact指令的模式,1/2,1)未激活模式,PID Compact工艺对象被组态并首次下载到CPU后，PID控制器处于未激活(Inactive)模式，此时需要在调试窗口进行首次启动自调节。,在运行时出现错误，或者点击了调试窗口的“停止测量”按钮，PID控制器将进入未激活模式。,选择其他运行模式时，活动状态的错误被确认。,2)自动调节模式,打开PID调试窗口，可以选择进入首次启动自调节模式或运行中自调节模式。,13,5.3 PID_Compact指令,PID_Compact指令的模式,2/2,3)自动模式,在自动模式，PID Compact工艺对象根据设置的PID参数进行闭环控制。满足下列调节之一时，控制器将进入自动模式：,成功地完成了首次启动自调节和运行中自调节的任务；,在组态窗口中选中了“使用手动,PID,参数设置”复选框,4),手动模式,在手动模式下，,PID,控制的输出变量用手动设置。满足下列调节之一，控制器将进入手动模式：,指令的输入参数“,ManualEnable,”(,启用手动,),为,1,状态。,在调试窗口选中了“手动”复选框。,14,5.3 PID_Compact指令,组态基本参数,1/2,选中反作用控制器，用来保证负反馈,选中“PID_Compact”指令，然后选中巡视窗口左边的“基本参数”，在右边窗口设置PID的基本参数。,15,5.3 PID_Compact指令,组态基本参数,2/2,选择来自用户程序或外设输入,“Tag_11”和“Tag_12”分别时IW64(CPU集成的模拟量输入通道0)和QW80(1AO信号板的模拟量输出)。,16,5.3 PID_Compact指令,组态输入标定,模拟量的实际值(或来自用户程序的输入值)为0.0%,100.0%时，A/D转换后的数字为0.0,27648.0。,可以设置输入的上限和下限，在运行时一旦超过上限或低于下限，停止正常控制，输出值被设置为0。,17,5.3 PID_Compact指令,组态高级设置,-,输入监视,为了设置PID的高级参数，打开项目树中的文件夹“PLC_1工艺对象PID_DB”，双击“组态”，打开PID_Compact对象；或者点击PID_Compact指令右上角的 图标，也可打开PID组态对话框。,运行时如果输入值超过设置的上限值或低于下限值，指令的bool输出参数“InputWarning_H”或“InputWarning_L”将变为1.,18,5.3 PID_Compact指令,组态高级设置,-,PWM监视,该设置影响指令的输出变量“Output_PWM”。,PWM的开关量输出受“PID_Compact”指令的控制，与CPU集成的脉冲发生器无关。,19,5.3 PID_Compact指令,组态高级设置,-,输出限制,设置输出变量的限制值，使手动模式或自动模式时PID的输出值不超过上限和低于下限。,用Output_PWM作PID的输出值时，只能控制正的输出变量。,20,5.3 PID_Compact指令,组态高级设置,-,PID参数,21,5.3 PID_Compact指令,用PID指令设置参数,可以在PID指令上直接输入指令的参数，未设置(采用默认值)的参数为灰色。,点击指令框下面向下的箭头，将显示更多的参数；,点击向上的箭头，将不显示指令中灰色的参数；,点击某个参数的实参，可以直接输入地址或常数。,22,5.3 PID_Compact指令,PID指令的输入变量,参数名称,数据,类型,说 明,默认值,Setpoint,Real,自动模式的控制器设定值,0.0,Input,Real,作为实际值(即反馈值)来源的用户程序的变量,0.0,Input_PER,Word,作为实际值来源的模拟量输入,W#16#0,ManualEnable,Bool,上升沿选择手动模式，下降沿选择最近激活的操作模式,FALSE,ManualValue,Real,手动模式的PID输出变量,0.0,Reset,Bool,重新启动控制器1进入未激活模式，控制器输出变量为0，临时值被复位，PID参数保持不变,FALSE,23,5.3 PID_Compact指令,PID指令的输出变量,参数名称,数据类型,说 明,默认值,Scaleinput,Real,经比例缩放的实际值的输出,0.0,Output,Real,用于控制器输出的用户程序变量,0.0,Output_PER,Word,PID控制器的模拟量输出,W#16#0,Output_PWM,Bool,使用PWM的控制器开关输出,FALSE,SetpointLimit_H,Bool,1时设定值的绝对值达到或超过上限,FALSE,SetpointLimit_L,Bool,1时设定值的绝对值达到或低于下限,FALSE,InputWarning_H,Bool,1时实际值达到或超过报警上限,FALSE,InputWarning_L,Bool,1时实际值达到或低于报警下限,FALSE,State,Int,PID控制器的当前运行模式：0,4分别表示未激活、首次启动自调节、运行中自调节、自动、手动模式,16#0000,Error,DWord,错误信息：0没有错误；非0有1个或多个错误，控制器进入未激活模式,24,5.4 用调试窗口整定PID控制器,调试窗口,25,5.4 用调试窗口整定PID控制器,调试窗口的功能,1)使用“首次启动自调节”功能优化控制器；,2)使用“运行中自调节”功能优化控制器，可以实现最佳调节；,3)用趋势视图监视当前的闭环控制；,4)通过手动设置控制器的输出值来测试过程。,26,5.4 用调试窗口整定PID控制器,基本操作,1.用下拉式列表设置采样时间,2.PC与PLC建立好通信连接后，点击“启动测量”，开始用趋势图记录,3.点击“停止测量”，结束调试功能。可以用趋势图中的曲线来分析PID控制的效果。,关闭调试窗口后，趋势图中的记录被停止，记录的数据被删除。,27,5.4 用调试窗口整定PID控制器,显示模式,Strip(连续显示)：新的趋势值从趋势区的右边进入，较早的趋势值移动到趋势区的最左边位置，时间轴不能移动。,Scope(区域跳跃显示，示波器图)：新的趋势值从趋势区的左边开始往右边移动，达到趋势区的右边缘时，监控区往右移动一个视图宽度，时间轴上的时间值随之而变。原有的趋势曲线消失，新的趋势值又从左边出现。,Sweep(滚动显示)：趋势曲线固定不变，出现一根从左往右移动的垂直线，直线左边的背景色为白色，是新出现的趋势值，直线右边的背景色为浅绿色，是原来的趋势值。垂直线移动到最右边后，返回最左边，又往右移动。时间轴不能移动。,Static(静态区域显示)：趋势视图的写入被中断，在后台记录新的趋势值。显示的是趋势的历史曲线，时间轴可以在整个记录区间移动。,28,5.4 用调试窗口整定PID控制器,移动坐标轴与改变坐标轴的比例,可以将坐标轴锁死或解除闭锁。,拉伸或压缩时间轴,拉伸或压缩左边的设定值/输入值轴和右边的控制器输出变量轴,29,5.4 用调试窗口整定PID控制器,标尺,使用标尺可以分析趋势曲线上离散的值。垂直标尺在趋势区的最左边，水平的标尺在趋势区的最上面。,将鼠标放在趋势区的最左边，光标变为人手的形状，按住鼠标左键，可以左右拖动垂直标尺。标尺与3条曲线的交点处的垂直坐标出现在交点附件标尺的右边。标尺与趋势区下边缘的交点处出现标尺所在处的时间值。,可以用鼠标拖放出多根垂直标尺到趋势区，最后拖放的标尺是活动的，用深色表示。其余的标尺是不活动的，用灰色显示。点击不活动标尺，可以将它变为活动的标尺。按住ALT后点击标尺，可以消除它。,30,5.4 用调试窗口整定PID控制器,首次启动自调节 1/2,该模式要求的调节：,1)在循环中断OB中调用“PID_Compact”指令；,2)建立与CPU的在线连接，CPU在RUN模式；,3)点击“启动测量”，激活调试视图的功能；,4)未选中“手动”复选框；,5)设定值与实际值在组态的限制值之内；,5)设定值与实际值的差值大于50%。,31,5.4 用调试窗口整定PID控制器,首次启动自调节 2/2,操作步骤如下：,1)用单选框选中调试窗口的“优化”区的“首次启动自调节”；,2)点击“首次启动自调节”，启动自调节，“状态”域显示当前的步骤和可能出现的错误，“进度”域显示当前步骤的进展。,如果自调节没有出错，PID的参数被优化，将PID控制器切换到自动模式，使用优化的参数。上电和重新启动CPU时，优化的参数被保持。,32,5.4 用调试窗口整定PID控制器,运行中自调节,该模式要求的条件与首次启动自调节模式的基本相同，区别在于第6条改为设定值与实际值的差值小于50%。如果大于50%，应先进行首次启动调节，完成后自动进行运行中自调节。,步骤：,1)用单选框选中调试窗口的“优化”区的“运行中自调节”；,2)点击“启动自调节”，启动自调节。,33,5.4 用调试窗口整定PID控制器,保存优化的PID参数,PID控制器在CPU内优化，如果想在下载项目数据时使用优化的PID参数，可以将PID参数保存到项目中：,1)建立计算机与CPU的在线连接；,2)令CPU运行在RUN模式；,3)点击“启动测量”，激活调试窗口的功能；,4)点击左下角的 ，将当前激活的PID参数上载到项目。,34,5.4 用调试窗口整定PID控制器,手动模式,通过手动设置控制器的输出值来测试过程。操作步骤：,1)选中“当前值”区的“手动”复选框，控制器输出与控制变量之间的连接被断开，闭环控制最后的控制输出变量作为手动的控制器输出变量；,2)在“Output”域输入以%为单位的希望的控制器输出变量的值；,3)点击“Output”域右边出现的按钮，控制器的输出变量被写入CPU，并被立即激活。,PID控制器连续地监视实际值，如果实际值超过限制，将在“状态”域显示出来，控制器将进入未激活模式。,35,