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PLC的PID功能

信息来源:gkong.biz  时间:2009-06-14  浏览次数:192

  1. PID 控制 在工业控制中, PID 控制(比例 - 积分 - 微分控制)得到了广泛的应用,这是因为 PID 控制具有以下优点: 1 )不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的   1. PID控制   在工业控制中,PID控制(比例-积分-微分控制)得到了广泛的应用,这是因为PID控制具有以下优点:   1)不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的,对于这一类系统,使用PID控制可以得到比较满意的效果。据日本统计,目前PID及变型PID 约占总控制回路数的90%左右。   2)PID控制器具有典型的结构,程序设计简单,参数调整方便。   3)有较强的灵活性和适应性,根据被控对象的具体情况,可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式,如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。随着智能控制技术的发展,PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合,可以实现PID控制器的参数自整定,使PID控制器具有经久不衰的生命力。   2. PLC实现PID控制的方法   如图6-35所示为采用PLC对模拟量实行PID控制的系统结构框图。用PLC对模拟量进行PID控制时,可以采用以下几种方法:   图6-35 用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图   1)使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的,并存放在模块中,用户在使用时只需要设置一些参数,使用起来非常方便,一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵,一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。   2)使用PID功能指令。现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令,如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序,与A/D、D/A模块一起使用,可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果,价格却便宜得多。   3)使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID控制指令,有时虽然有PID控制指令,但用户希望采用变型PID控制算法。在这些情况下,都需要由用户自己编制PID控制程序。   3. FX2N的PID指令   PID指令的编号为FNC88,如图6-36所示源操作数[S1]、[S2]、[S3]和目标操作数[D]均为数据寄存器D,16位指令,占9个程序步。[S1]和[S2]分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV,[S3]~[S3]+6用来存放控制参数的值,运算结果MV存放在[D]中。源操作数[S3]占用从[S3]开始的25个数据寄存器。   PID指令是用来调用PID运算程序,在PID运算开始之前,应使用MOV指令将参数(见表6-3)设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器,不需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保持功能,应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。   表6-3 PID控制参数及设定   源操作数   参 数   设定范围或说明   备 注   [S3]   采样周期(Ts)   1~32767ms   不能小于扫描周期   [S3]+ 1   动作方向(ACT)   Bit0: 0为正作用、1为反作用   Bit1: 0为无输入变化量报警   1为有输入变化量报警   Bit2: 0为无输出变化量报警   1为有输出变化量报警   Bit3 ~ Bit15不用   [S3]+ 2   输入滤波常数(L)   0~99(%)   对反馈量的一阶惯性数字滤波环节   [S3]+ 3   比例增益(K p)   1~32767(%)   [S3]+ 4   积分时间(T I)   0~32767(×100ms)   0与∝作同样处理   [S3]+ 5   微分增益 (K D)   0~100(%)   [S3]+ 6   微分时间(T D)   0~32767(×10ms)   0为无微分   [S3]+ 7   ~ [S3]+ 19   —   —   PID运算占用   [S3]+ 20   输入变化量(增方)警报设定值   0~32767   由用户设定ACT([S3]+ 1)为K2~K7时有效,即ACT的Bit1 和Bit2至少有一个为1时才有效;   当ACT的Bit1 和Bit2都为0时,[S3]+ 20 ~[S3]+ 24无效   [S3]+ 21   输入变化量(减方)警报设定值   0~32767   [S3]+ 22   输出变化量(增方)警报设定值   0~32767   [S3]+ 23   输出变化量(减方)警报设定值   0~32767   [S3]+ 24   警报输出   Bit0: 输入变化量(增方)超出   Bit1: 输入变化量(减方)超出   Bit2: 输出变化量(增方)超出   Bit3: 输出变化量(减方)超出   PID指令可以同时多次使用,但是用于运算的[S3]、[D]的数据寄存器元件号不能重复。   PID指令可以在定时中断、子程序、步进指令和转移指令内使用,但是应将[S3]+7清零(采用脉冲执行的MOV指令)之后才能使用。   控制参数的设定和 PID运算中的数据出现错误时,“运算错误”标志M8067为 ON,错误代码存放在D8067中。   PID指令采用增量式PID算法,控制算法中还综合使用了反馈量一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施,使该指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。   PID控制是根据“动作方向”([S3]+1)的设定内容,进行正作用或反作用的PID运算。PID运算公式如下:   以上公式中:△MV是本次和上一次采样时PID输出量的差值,MVn是本次的PID输出量;EVn和 EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差,SV为设定值;PVn是本次采样的反馈值,PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值,L是惯性数字滤波的系数;Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分;K p是比例增益,T S是采样周期,T I和T D分别是积分时间和微分时间,αD是不完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。   4.PID参数的整定   PID控制器有4个主要的参数K p、T I、T D和T S需整定,无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。   在P(比例)、I(积分)、D(微分)这三种控制作用中,比例部分与误差信号在时间上是一致的,只要误差一出现,比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用,具有调节及时的特点。比例系数K p越大,比例调节作用越强,系统的稳态精度越高;但是对于大多数系统,K p过大会使系统的输出量振荡加剧,稳定性降低。   积 分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系,只要误差不为零,控制器的输出就会因积分作用而不断变化,一直要到误差消失,系统处于稳定状态时,积分 部分才不再变化。因此,积分部分可以消除稳态误差,提高控制精度,但是积分作用的动作缓慢,可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T I增大时,积分作用减弱,系统的动态性能(稳定性)可能有所改善,但是消除稳态误差的速度减慢。   微分部分是根据误差变化的速度,提前给出较大的调节作用。微分部分反映了系统变化的趋势,它较比例调节更为及时,所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数T D增大时,超调量减小,动态性能得到改善,但是抑制高频干扰的能力下降。   选取采样周期T S时,应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化,T S越小越好。但是T S太小会增加CPU的运算工作量,相邻两次采样的差值几乎没有什么变化,所以也不宜将T S取得过小。

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