西門子S7-300系列PLC的PID功能塊的應用經驗

1、可以在軟件中進行自動整定； 
2、自動整定的PID參數可能對于系統來說不是的，就需要手動憑經驗來進行整定。P參數過小，達到動態平衡的時間就會太長；P參數過大，就容易產生超調。 
PID功能塊在梯形圖（程序）中應當注意的問題： 
1、采用PID向導生成PID功能塊； 
2、我要說一個zui簡單的也是zui容易被人忽視的問題，那就是：PID功能塊的使能控制只能采用SM0.0或任何1個存儲器的常開觸點并聯該存儲器的常閉觸點這樣的斷開的觸點！ 
筆者在以前的一個工程調試中就遇到這樣的問題：PID功能塊有時間動作正常，有時間動作不正常，而且不正常時發現PID功能塊都沒問題（PID參數正確、使能正確），就是沒有輸出。zui后查了好久，突然意識到可能是使能的問題——我在使能端串聯了啟動/停止控制的保持繼電器，我把它改為SM0.0以后，一切正常！ 
同時也明白了PID功能塊有時間動作正常，有時間動作不正常的原因：有時在灌入程序后保持繼電器處于動作的狀態才不會出現問題，一旦停止了設備就會出現問題——PID功能塊使能一旦斷開，工作就不會正常！ 
把這個給大家說說，以免出現同樣失誤。 
下面是PID控制器參數整定的一般方法： 
PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行zui后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。 
PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整P\I\D的大小。 
比例I/微分D=2，具體值可根據儀表定，再調整比例帶P，P過頭，到達穩定的時間長，P太短，會震蕩，永遠也打不到設定要求。 
PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照： 
溫度T：P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s； 
壓力P： P=30~70%，T=24~180s； 
液位L： P=20~80%，T=60~300s； 
流量L： P=40~100%，T=6~60s。 
書上的常用口訣： 
參數整定找*，從小到大順序查； 
先是比例后積分，zui后再把微分加； 
曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大； 
曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳； 
曲線偏離回復慢，積分時間往下降； 
曲線波動周期長，積分時間再加長； 
曲線振蕩頻率快，先把微分降下來； 
動差大來波動慢。微分時間應加長； 
理想曲線兩個波，前高后低4比1； 
一看二調多分析，調節質量不會低。 
經過多年的工作經驗，我個人認為PID參數的設置的大小，一方面是要根據控制對象的具體情況而定；另一方面是經驗。P是解決幅值震蕩，P大了會出現幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統達到穩定時間長；I是解決動作響應的速度快慢的，I大了響應速度慢，反之則快；D是消除靜態誤差的，一般D設置都比較小，而且對系統影響比較小。對于溫度控制系統P在5-10%之間；I在180-240s之間；D在30以下。對于壓力控制系統P在30-60%之間；I在30-90s之間；D在30以下。 
這里介紹一種經驗法。這種方法實質上是一種試湊法，它是在生產實踐中總結出來的行之有效的方法，并在現場中得到了廣泛的應用。 
這種方法的基本程序是先根據運行經驗，確定一組調節器參數，并將系統投入閉環運行，然后人為地加入階躍擾動（如改變調節器的給定值），觀察被調量或調節器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質量不滿意，則根據各整定參數對控制過程的影響改變調節器參數。這樣反復試驗，直到滿意為止。 
經驗法簡單可靠，但需要有一定現場運行經驗，整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調節器時，有多個整定參數，反復試湊的次數增多，不易得到*整定參數。 
下面以PID調節器為例，具體說明經驗法的整定步驟： 
A. 讓調節器參數積分系數S0=0，實際微分系數k=0，控制系統投入閉環運行，由小到大改變比例系數S1，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。 
B. 取比例系數S1為當前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數S0，同樣讓擾動信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。 
C. 積分系數S0保持不變，改變比例系數S1，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續調整，直到滿意為止。否則，將原比例系數S1增大一些，再調整積分系數S0，力求改善控制過程。如此反復試湊，直到找到滿意的比例系數S1和積分系數S0為止。 
D. 引入適當的實際微分系數k和實際微分時間TD，此時可適當增大比例系數S1和積分系數S0。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調整，直到控制過程滿意為止。 
PID參數是根據控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上，I=3-10，D=1左右。小慣量如：一個小電機帶一臺水泵進行壓力閉環控制，一般只用PI控制。P=1-10，I=0.1-1，D=0，這些要在現場調試時進行修正的。 
PID控制說明： 
在工程實際中，應用的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能*掌握，或得不到的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術zui為方便。即當我們不*了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 
比例（P）控制 ：比例控制是一種zui簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。 
積分（I）控制 ：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。 
微分（D）控制 ：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。