S7-1200 PID Compact V2 組態(tài)步驟

使用 PID 功能，必須先添加循環(huán)中斷，需要在循環(huán)中斷中添加 PID_Compact 指令。在循環(huán)中斷的屬性中，可以修改其循環(huán)時間。

圖1.添加循環(huán)中斷后在屬性界面修改其循環(huán)時間

因為程序執(zhí)行的掃描周期不相同，一定要在循環(huán)中斷里調用 PID 指令。
注意：為保證以恒定的采樣時間間隔執(zhí)行 PID 指令，必須在循環(huán) OB 中調用。

在“指令 > 工藝 > PID 控制 > Compact PID（注意版本選擇） > PID_Compact”下，將 PID_Compact 指令添加至循環(huán)中斷。

圖2.在循環(huán)中斷中添加 PID_Compact 指令

當添加完 PID_Compact 指令后，在項目樹 > 工藝對象文件夾中，會自動關聯(lián)出 PID_Compact_x[DBx]，包含其組態(tài)界面和調試功能。

圖3.工藝對象中關聯(lián)生成 PID_Compact

使用 PID 控制器前，需要對其進行組態(tài)設置，分為基本設置、過程值設置、高級設置等部分。

圖4.PID_Compact 組態(tài)界面

基本設置

1、基本設置--控制器類型
a. 為設定值、過程值和擾動變量選擇物理量和測量單位。
b. 正作用：隨著 PID 控制器的偏差增大，輸出值增大。 反作用：隨著PID控制器的偏差增大，輸出值減小。PID_Compact 反作用時，可以勾選“反轉控制邏輯”；或者用負比例增益。
c. 要在 CPU 重啟后切換到“模式”(Mode) 參數(shù)中保存的工作模式，請勾選“在 CPU 重啟后激活模式”。

圖5. PID_Compact > 基本設置 > 控制器類型

2、基本設置--定義 Input/Output 參數(shù)
定義 PID 過程值和輸出值的內容，選擇 PID_Compact 輸入、輸出變量的引腳和數(shù)據(jù)類型。

圖6. PID_Compact > 基本設置 > 定義 Input/Output

過程值設置

1、過程值設置--過程值限值
必須滿足過程值下限<過程值上限。如果過程值超出限值，就會出現(xiàn)錯誤 (ErrorBits = 0001h)。

圖7. 設置過程值限值

2、過程值設置--過程值標定
a. 當且僅當在 Input/Output 中輸入選擇為 “Input_PER” 時，才可組態(tài)過程值標定。
b. 如果過程值與模擬量輸入值成正比，則將使用上下限值對來標定 Input_PER。
c. 必須滿足范圍的下限<上限。
 
圖8. 進行過程值標定

高級設置

1、高級設置--過程值監(jiān)視
a. 過程值的監(jiān)視限值范圍需要在過程值限值范圍之內。
b. 過程值超過監(jiān)視限值，會輸出警告。過程值超過過程值限值，PID輸出報錯，切換工作模式。

圖9.設置過程監(jiān)控值設置，與過程值限對比

2、高級設置-- PWM 限制
輸出參數(shù) Output 中的值被轉換為一個脈沖序列，該序列通過脈寬調制在輸出參數(shù) Output_PWM 中輸出。在 PID 算法采樣時間內計算 Output，在采樣時間 PID_Compact 內輸出 Output_PWM。

圖10.PID_Compact 的 PWM 輸出原理

a. 為最大程度地減小工作頻率并節(jié)省執(zhí)行器，可延長最短開/關時間。
b. 如果要使用 “Output” 或 “Output_PER”，則必須分別為最短開關時間組態(tài)值 0.0。
c. 脈沖或中斷時間永遠不會小于最短開關時間。例如，在當前 PID 算法采樣周期中，如果輸出小于最短接通時間將不輸出脈沖，如果輸出大于（PID 算法采樣時間-最短關閉時間） 則整個周期輸出高電平。
d. 在當前 PID 算法采樣周期中，因小于最短接通時間未能輸出脈沖的，會在下一個 PID 算法采樣周期中累加和補償由此引起的誤差。
最短開/關時間只影響輸出參數(shù) Output_PWM，不用于 CPU 中集成的任何脈沖發(fā)生器。

示例：PID_Compact 采樣時間=100ms；PID 算法采樣時間=1000ms；最短開啟時間=200 ms（即已組態(tài)的最小接通脈沖為 PID_Compact 的 20%），若此時 PID 輸出恒定為 15%。
則在第一個周期內不輸出脈沖，在第二個周期內將第一個周期內未輸出的脈沖累加到第二個周期的脈沖，依次輸出。如圖 11 所示。

圖11.PWM 最小開/關時間影響示例圖

3、高級設置--輸出值限值
a. 在“輸出值的限值”窗口中，以百分比形式組態(tài)輸出值的限值。 無論是在手動模式還是自動模式下，都不要超過輸出值的限值。
b. 手動模式下的設定值 ManualValue，必須介于輸出值的下限 （Config.OutputLowerLimit） 與輸出值的上限 （ Config.OutputUpperLimit ）之間的值。
c. 如果在手動模式下指定了一個超出限值范圍的輸出值，則 CPU 會將有效值限制為組態(tài)的限值。
d. PID_compact 可以通過組態(tài)界面中輸出值的上限和下限修改限值。最廣范圍為 -100.0 到 100.0，如果采用 Output_PWM 輸出時限制為 0.0 到 100.0 。

圖12.過程監(jiān)控值設置和過程值限對比

4、高級設置--對錯誤的響應
a. 在 PID Compact V1 時，如果 PID 控制器出現(xiàn)錯誤，PID 會自動切換到“未激活”模式。在 PID_Compact V2 時，可以預先設置錯誤響應時 PID 的輸出狀態(tài)，如圖 13 所示。以便在發(fā)生錯誤時，控制器在大多數(shù)情況下均可保持激活狀態(tài)。
b. 如果控制器頻繁發(fā)生錯誤，建議檢查 Errorbits 參數(shù)并消除錯誤原因。

圖13.PID 組態(tài)高級設置_對錯誤的響應

根據(jù)錯誤代碼來分析錯誤原因。根據(jù)組態(tài)界面所設置的“對錯誤的響應”，不同錯誤的響應狀態(tài)也不一樣，如下表所示：

5、高級設置--手動輸入 PID 參數(shù)
a. 在 PID Compact 組態(tài)界面可以修改 PID 參數(shù)，通過此處修改的參數(shù)對應工藝對象背景數(shù)據(jù)塊 > Static > Retain > PID 參數(shù)。
b. 通過組態(tài)界面修改參數(shù)需要重新下載組態(tài)并重啟 PLC。建議直接對工藝對象背景數(shù)據(jù)塊進行操作。

圖14.PID 組態(tài)高級設置_手動輸入 PID 參數(shù)

具體應用“在PID Compact組態(tài)界面里手動輸入PID參數(shù)，為什么重新下載后新的參數(shù)不起作用？”

工藝對象背景數(shù)據(jù)塊

PID Compact 指令的背景數(shù)據(jù)塊屬于工藝對象數(shù)據(jù)塊，打開方式：選擇項目樹 > 工藝對象 > PID_Compact_x[DBy]，操作步驟如圖所示：

圖15.打開 PID Compact 工藝對象數(shù)據(jù)塊

工藝對象數(shù)據(jù)塊主要分10 部分：1-Input，2-Output，3-Inout，4-Static，5-Config，6-CycleTime，7-CtrlParamsBackUp，8-PIDSelfTune，9-PIDCtrl，10-Retain.其中1,2,3 這部分參數(shù)在 PID_Compact 指令中有參數(shù)引腳。
工藝對象數(shù)據(jù)塊的屬性為優(yōu)化的塊訪問，即以符號進行尋址。

常用的 PID 參數(shù)：比例增益、積分時間、微分時間，見工藝對象數(shù)據(jù)塊 > Static > Retain 中，如圖所示：

圖16.PIC Compact 工藝對象數(shù)據(jù)塊中的 PID 參數(shù)

工藝對象背景數(shù)據(jù)塊的常見問題

通過觸摸屏或第三方設備，如何設置 PID Compact 的參數(shù)：如比例增益、積分時間、微分時間？

第三方上位機或觸摸屏，多數(shù)不能直接訪問 S7-1200 中符號尋址的變量。這種情況下，可以使用絕對地址的變量與 PID_Compact 工藝對象數(shù)據(jù)塊中的增益、積分、微分的變量之間做數(shù)據(jù)傳送。只需要在第三方設備的用戶畫面中，訪問對應的絕對地址變量即可。PID 參數(shù)修改后實時生效，不需要重啟 PID 控制器和 PLC。如圖 17 所示：

1.觸摸屏訪問的變量是絕對地址尋址，工藝對象背景數(shù)據(jù)塊里對應變量是符號尋址。
2.設置絕對地址變量的保持性，實現(xiàn)斷電數(shù)據(jù)保持。
3.通過指令實現(xiàn)絕對地址與符號地址變量的數(shù)據(jù)傳送。

圖17.第三方設備訪問并設置 PID 增益積分微分