S7-200系列PLC的PID指令

    PID指令的功能是进行PID计算，其指令格式见表5-44。    表5-44    PID指令格式
    PID指令的功能说明如下。    ·TBL是参数表的首地址，是由变量寄存器VB指定的字节型数据；LOOP是回    路号，是0-7的常数。    ·在一个应用程序中，最多可用8个PID控制回路，一个PID控制回路只能使    用1条PID指令，每个PID控制回路必须使用不同的回路号。    ·影响允许输出ENO正常工作的出错条件为：SM1.1（溢出），SM4.3（运行时    间），0006（间接寻址）。    (1) PID指令的参数表及初始化    以TBL为首地址的参数表中共包含9个参数，用于进行PID运行的监视和控制。在执行PID指令前，要建立一个PID参数表，PID参数表的格式见表5-45。    表5-45    PID参数表
    为执行PID指令，要对PID参数表进行初始化处理，即将PID参数表中有关的参数，按照地址偏移量写入到变量寄存器V中。一般是调用一个子程序，在子程序中对PID参数表进行初始化处理。在进行PID参数表初始化时应注意以下事项。    ①PID回路的组合选择。    在许多控制场合，也许只需PID算法中的P项（比例项）或I项（积分项），或PI项。对这种回路控制功能组合的选择可通过对相关参数的设定来完成。    ·若不需要积分项（即PD算法），则应将积分时间常数设置为无穷大，由于积    分和的初始值不一定为0，故即使无积分作用，积分项也并不是一定为0。    ·若不需要微分项（即PI算法），则应将微分时间常数设置为0。    ·若不需要比例项（即为ID算法或I算法），则应将回路增益设置为0，但由于    回路增益同时影响到方程中的积分项、微分项，故规定：此时用于计算积分    项、微分项的增益约定为1。    ②回路的正作用与反作用。    若回路增益取为正值，则称为正作用；否则称为反作用（对于I或ID算法的场合，回路增益已经为0，则通过指定正的积分时间常数或微分时间常数来规定正作用；指定负的时间常数来规定反作用）。    ③输入模拟量的转换及归一化。    一个回路具有两个输入量，即给定量和过程变量。给定量通常为一固定值，如固定的转速。过程变量受回路输出的影响并反映了控制的效果。在一个速度调节系统的例子中，过程变量为用来测量轮子转速的测速发电机的输出。    给定值和过程变量都是实际的工程量，其幅度、范围和测量单位都会不同。在实施PID算法之前，必须将这些值转换为无量纲的标准化纯量、浮点数的格式，步骤如下。    将工程实际值由16位整数转为浮点数，即实数格式，下面的程序段表明其转换的方法：
    将实数格式的工程实际值转换为[0.0，1]间的无量纲相对值，即标准化值，又称为归一化值，转化公式为
    式中：RNorm-为工程实际值的标准化值；    RRaw -为工程实际值的实数形式值；    Span -为最大允许值减去最小允许值，通常取32000（单极性）或64000（双极性）；    Offset -取0（单极性）或0.5（双极性）。    下面的程序段用于将ACO中的双极性模拟量进行归一化处理（可紧接上述转换为实数格式的程序段）。
    ④输出模拟量转换为工程实际值。    在实际应用中，输出值均为实际数值，其大小、范围和工程单位可能不同，所以在PID指令操作之后，必须将PID计算结果转换成实际工程数值。步骤如下。    用下式将回路输出转换为按工程量标定的实数格式
    式中：Rscal-为已按工程量标定的实数格式的回路输出；    Mn-为归一化实数格式的回路输出；    Offset -取0（单极性）或0.5（双极性）；    Span-为最大允许值减去最小允许值，通常取32000（单极性）或64000（双极性）。    将已标定的工程实际值的实数格式转换为16位整数格式。    下面是实际标定回路输出的程序段。
    下面将已标定的实数格式的回路输出转化为16位整数格式。
    (2) PID指令的控制方式    在S7-200中，PID指令没有考虑手动／自动控制的切换。所谓自动方式是指，只要PID功能框的允许输入EN有效时，将周期性地执行PID运算指令。而手动方式是指PID功能框的输入允许EN有效时，不执行PID运算指令。    在程序运行过程中，如果PID指令的EN输入有效，即进行手动／自动控制切换，为了保证在切换过程中无扰动、无冲击，在手动控制过程中，就要将审定的输出值作为PID指令的一个输入（作为Mn参数写到PID参数表中），使PID指令根据参数表的值进行下列操作。    使SPn（设定值）=PVn（过程变量）    使PVn-1（前一次过程变量）=PVn    使MX（积分和）=Mn（输出值）    一旦EN输入有效（从0到1的跳变），就从手动方式无扰切换到自动方式。    PID指令的记录位的默认状态为“1”，并且在CPU启动和每一次由STOP到RUN的工作模式切换时都置为这一默认值。如果在RUN模式时第一次执行PID指令，则这一记录位并无0到1的跳变，故此时不会自动地执行无扰动的自动切换功能。    (3) PID指令出错情况    若回路控制参数表的起始地址或PID回路编号不符合要求，则在编译时CPU会产生一个编译错误（范围出错）信息并报告编译失败。    对于某些控制参数表格中的内容，PID指令并不自动进行范围检测，用户必须确保过程变量和给定值（有时也包括积分和前一次过程变量）为[0.0，1.0]间的实数格式。若在执行PID计算过程中遇到任何错误，特殊标志位SM1.1会置1，且PID指令的执行被中断（控制参数表中的输出值的更新并不完整，故必须舍弃；在再次启动PID指令之前，必须对这类错误进行修正）。