自动控制系统PID调节及控制知识.doc

变频器PID调节口诀
              PID的参数设置可以参照一下来进行: 　
参数整定找最佳，从小到大顺序查
先是比例后积分，最后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低

自动控制系统PID调节及控制知识（什么是PID控制）
1. PID调试步骤

　　没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。甚至可以这样说：PID调节器是其它控制调节算法的吗。

　　为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？

因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。

　　由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤：

　　1．负反馈

　　自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。

　　2．PID调试一般原则

　　a.在输出不振荡时，增大比例增益P。

　　b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。

　　c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。

　　3．一般步骤

　　a.确定比例增益P

　　确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。

　　b.确定积分时间常数Ti

　　比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。

　　c.确定积分时间常数Td

　　积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。

　　d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。

2.PID控制简介

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
PID三个参数的作
PID参数的整定就是合理的选择PID三参数。从系统的稳定性、响应速度，超调量和稳态精度等各方面考虑问题，三参数的作用如下

1、比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。随着KP的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。KP取值过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使系统的动静态性能变坏。
2、积分作用参数Ti的一个最主要作用是消除系统的稳态误差。Ti越大系统的稳态误差消除的越快，但Ti也不能过大，否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ti过小，系统的稳态误差将难以消除，影响系统的调节精度。另外在控制系统的前向通道中只要有积分环节总能做到稳态无静差。从相位的角度来看一个积分环节就有90° 的相位延迟，也许会破坏系统的稳定性。
3、微分作用参数Td的作用是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化对偏差变化进行提前预报。但Ti不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会降低系统的抗干扰性能。
总之PID参数的整定必须考虑在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互联关系。

专题|PLC编程技术
---- 工厂自动化系统系列专题之PLC编程技术

[导读]:PLC是工厂里目前使用最多的自动化控制设备,也是网友关注最多的自动化产品之一。PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言OMRON公司的产品也有它自己的语言。下面就使用了西门子和三菱两种不同的编程语言来讨论怎样进行PLC编程。

PLC编程基本指令系统简介

　　PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：
　　1.图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎
　　2.明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。
　　3.简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概。
　　4.简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。
　　5.强化调试手段：无论是汇编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。
总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。[更多内容及讨论]

相关文章：
可编程控制器控制系统设计方法、 专题|可编程控制器(PLC)、专题|国产PLC的出路在那里

PLC中的四则及逻辑运算

　　四则及逻辑运算指令是基本运算指令。可完成四则运算或逻辑运算，可通过运算实现数据的传送、变位及其他控制功能。可编程控制器中两种四则运算，即整数四则运算和实数四则运算。前者指令较简单，参加运算的数据只能是整数。非整数参加运算需先取整，除法运算的结果分为商和余数。整数四则运算进行较高准确度要求的计算时，需将小数点前后的数值分别计算再将数据组合起来，除法运算时要对余数再做多次运算才能形成最后的商。这就使程序的设计非常繁琐。而实数运算是浮点运算，是一种高准确度的运算。
FX2 系列可编程控制器仅有整数运算指令。FX2n 系列可编程控制器具有实数运算指令。
　　ADD加法指令是将指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中去。SUB减法指令是将指定的源元件中的二进制数相减，结果送到指定的目标元件中去。MUL乘法指令是将指定的源元件中的二进制数相乘，结果送到指定的目标元件中去。DIV除法指令是将指定的源元件中的二进制数相除，[S1]为被除数，[S2]为除数，商送到指定的目标元件[D]中去，余数送到[D]的下一个目标元件。
用功能指令实现以下算式的运算： 38X/255+2 的梯形图如图所示。　

PLC编程实例
　全自动洗衣机PLC控制

控制要求：
（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水
（2）2秒后开始洗涤
（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒
（4） 如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒
（5） 开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍
（6） 清洗完成，报警3秒并自动停机
（7） 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）
输入点： 输出点：
启动 10001 低水位检测 10009 启动洗衣机 00001
停止 10002 手动排水 10010 进水阀 00002
高水位 10003 手动脱水 10011 正转及脱水 00003
中水位 10004 反转 00004
低水位 10005 排水 00005
排空检测 10006 报警 00006
高水位检测 10007
中水位检测 10008
[相关讨论与参考程序]

PLC编程实例

PLC控制4层电梯的自动运行实例_具体分析

控制要求：
（1）开始时，电梯处于任意一层。
（2）当有外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）
（3）当有内呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）
（4）在电梯轿厢运行过程中，即轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号，但不响应二层向下的外呼梯信号。当到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。否则，电梯将继续运行至四楼，然后乡下运行响应三层向下外呼梯信号。
（5）电梯具有最远反向外呼梯功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下呼梯，三层向下呼梯，四层向下外呼梯，则电梯轿厢先去四楼响应四层向下外呼梯信号。
（6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢开门，按关门按钮轿厢关门。
　　参考程序请见讨论区，欢迎大家参与讨论[讨论区一][讨论区二]
PLC控制锅炉的工艺流程
控制要求：

1.启动：按一定的时间间隔起燃。起燃顺序是：燃油预热---间隔1分钟----送风，子火燃烧， 母火燃烧-间隔5秒钟-----子火，母火同时关闭。
2.停止：停止燃烧时，要求：燃油预热关闭，喷油关闭，送风（将废气，杂质吹去）-------间隔20秒----送风停止（清炉停止).
3.异常状况自动关火：燃油燃烧过程中，当出现异常状况时（即蒸汽压力超过允许值或水位超过上限，或水位低于下限），能自动关火进行清炉；异常状况消失后，又能自动按起燃程序重新点火起燃。即：异常状况----燃油预热关闭，喷油关闭，送风----间隔20秒----清炉停止-----异常状况消失------起燃。4.锅炉水位控制：锅炉工作启动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭。当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。采用三菱FX系列PLC

根据工艺控制编写控制顺序流程：

1、 启动（X001）
输出1：喷油Y005、燃油预热（Y001）、时间继电器（T1，以下也是0.1秒级，参数600）
T1输出2：送风（Y002）、子火Y003、母火Y004、T2（参数50）
T2输出3：子火Y003、母火Y004

2、 停止（X002）：输出内部继电器M1
输出4：（M1常闭条件）Y001、（M1常闭条件）Y005
注释：关闭输出其实在输出点前加输入条件（常闭开关），而停止是外部条件，所以把其变成内部继电器，来使用它的常闭触点。
同时输出4：间隔时间T3（参数200）：（T3常闭）Y002

3、 异常状况输入条件汇总：M2
蒸汽压力输入：X003（PRESSURE SENSOR）
水位高输入：X004（LEVEL HIGH SENSOR）
水位高输入：X005（LEVEL LOW SENSOR）
X3、X4、X5输出5：M2
M2控制输出6：（M2常闭）Y001、（M2常闭）Y005、T004（参数200）
04输出：（T4常闭）Y002
M2控制输入条件的，即：异常的情况下，按启动，也不能正常工作的。M2控制正常输出。

4、 开阀：
水位底X005输出：进水阀Y006
水位高X004输出：排水阀Y007
Y006、Y007互锁
开阀限制条件，不能在停止的情况下，故：（M2常闭）Y006、（M2常闭）Y007
以上的控制顺序表，大致可以编写梯形图了，所编的程序还不全是，比如，Y002还需要自锁。

　　[参考程序以及梯形图]欢迎参与讨论

PLC编程实例

钢板开采冲剪流水线的控制
开卷机用来将带钢卷打开，多星辊用来将钢板整平，冲剪机用来将带钢冲剪成一定长度的钢板。缓冲坑为冲剪送料和开卷给料的缓冲而设计。系统通过变频调速器驱动交流电机作为送料拖动动力。分析每剪切一块钢板的过程，电机要经过起动送料、稳速运行、减速、制动停车几个步骤。
机械手的控制
机械手分为自动及手动两种工作方式......
三相步进电动机控制
控制要求： (1) 能对三相步进电动机的转速进行控制。 (2) 可实现对三相步进电动机的正、反转控制。 (3) 能对三相步进电动机的步数进行控制。
单按钮控制五台电机的起停
按钮按数次，最后一次保持 1s 以上后，则号码与次数相同的电机运行，在按按钮，该电机停止。五台电动机接于 Y0~Y4 。
货料小车控制
某车间有 6 个工作台，送料车往返于工作台之间送料，如下图所示。每个工作台设有一个到位开关（SQ）和一个呼吸按扭（SB）。具体控制要求如下：
（1）送料车开始应能停留在6个工作台中任意一个到位开关的位置上。 （2）设送料车现暂停于m号工作台（SQ m为ON）处，这时n号工作台呼叫（SQn 为 ON ），若： （a） m>n ，送料车左行，直至SQ n 动作，到位停车。即送料车所停位置 SQ 的编号大于呼叫按扭SB的编号时，送料车往左行运行至呼叫位置后停止。
（b） m （c） m=n ，送料车原位不动。即送料车所停位置SQ 的编号与呼叫按扭 SB 的编号相同时，送料车不动。
生产过程质量控制
现代工业生产广泛采用流水作业，对成品或半成品进行分检，排除残次品是必须的工序。在流水线上，成品或半成品往往要经过若干项检验，符合要求者得以通过，随着流水线进入下道生产工步。而不合格者必须在某处集中地予以排除，不得进入下道生产环节。因此，成品或半成品随传送带递进过程中，对其进行的检验结果也必须同步地向前移动。这样，当不合格者移动到规定的排除点时，才能正确地加以排除，从而实现质检与分检。利用PC提供的移位寄存器功能，可以很方便地做到这一点。
人行横道交通灯控制
在只需要纵向或横向行使的交通系统中，也需要考虑另一方向的人行道，在这种情况下，利用上述的十字路口交通灯控制系统显然不合适，那么必须考虑新的控制系统。交通情况如图一所示，由图可见，东西方向是车道，南北方向是人行道。正常情况下，车道上有车辆行事，如果有行人要过交通路口，先要按动按钮，等到绿灯亮时，方可通过，此时东西方向车道上红灯亮。延时一段时间后，南北方向的红灯亮，东西方向的绿灯亮。

[以上详细介绍]
十字路口交通灯的控制
信号灯受启动及停止按钮的控制，当按动启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按动停止按钮时，系统将停止在初始壮态，即南北红灯亮，禁止通行；东西绿灯亮，允许通行。
交通信号灯的控制
异步电动机Y/△启动控制
由电机及拖动基础可知，三相交流异步电动机起动时电流较大，一般是额定电流的（5～7）倍。故对于功率较大的电动机，应采用降压起动方式，
Y/△降压起动是常用的方法之一。 起动时，定子绕组首先接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再将定子绕组的接线换成三角形，电动机便进入全电压正常运行状态。