S7-1200 PID Compact V2 自整定功能

PID 控制器能否正常運(yùn)行，需要符合實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)及工藝要求的參數(shù)設(shè)置。由于每套系統(tǒng)都不完全一樣，所以，每套系統(tǒng)的控制參數(shù)也不相同。用戶可通過參數(shù)訪問方式手動(dòng)調(diào)試，在調(diào)試面板中觀察曲線圖后修改對(duì)應(yīng)的 PID 參數(shù)。也可使用系統(tǒng)提供的參數(shù)自整定功能，PID 自整定是按照一定的數(shù)學(xué)算法，通過外部輸入信號(hào)，激勵(lì)系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)的反應(yīng)方式來確定 PID 參數(shù)。

S7-1200 PID 不支持仿真功能。S7-1200 提供了兩種整定方式，預(yù)調(diào)節(jié)、精確調(diào)節(jié)。可在執(zhí)行預(yù)調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)時(shí)獲得最佳 PID 參數(shù)。

預(yù)調(diào)節(jié)

預(yù)調(diào)節(jié)功能可確定對(duì)輸出值跳變的過程響應(yīng)，并搜索拐點(diǎn)。根據(jù)受控系統(tǒng)的最大上升速率與時(shí)間計(jì)算 PID 參數(shù)。過程值越穩(wěn)定，PID 參數(shù)就越容易計(jì)算，結(jié)果的精度也會(huì)越高。只要過程值的上升速率明顯高于噪聲，就可以容忍過程值的噪聲。最可能的情況是處于工作模式“未激活”和“手動(dòng)模式”下。 重新計(jì)算前會(huì)備份 PID 參數(shù)。

啟動(dòng)預(yù)調(diào)節(jié)的必要條件：

• 已在循環(huán)中斷 OB 中調(diào)用 “PID_Compact” 指令。
• ManualEnable = FALSE 且 Reset = FALSE
• PID_Compact 處于下列模式之一：“未激活”、“手動(dòng)模式”或“自動(dòng)模式”。
• 設(shè)定值和過程值均處于組態(tài)的限值范圍內(nèi)。
• | 設(shè)定值 – 過程值 | > 0.3 * | 過程值上限 – 過程值下限 |
• | 設(shè)定值 – 過程值 | > 0.5 * | 設(shè)定值 |

預(yù)調(diào)節(jié)：利用輸出值的跳變啟動(dòng)預(yù)調(diào)節(jié)過程

圖1. 啟動(dòng)自整定曲線圖

如果執(zhí)行預(yù)調(diào)節(jié)時(shí)未產(chǎn)生錯(cuò)誤消息，則 PID 參數(shù)已調(diào)節(jié)完畢。PID_Compact 將切換到自動(dòng)模式并使用已調(diào)節(jié)的參數(shù)。在電源關(guān)閉以及重啟 CPU 期間，已調(diào)節(jié)的 PID 參數(shù)保持不變。如果無法實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)節(jié)，PID_Compact 將切換到“未激活”模式。

精確調(diào)節(jié)

精確調(diào)節(jié)將使過程值出現(xiàn)恒定受限的振蕩。將根據(jù)此振蕩的幅度和頻率為操作點(diǎn)調(diào)節(jié) PID 參數(shù)。 所有 PID 參數(shù)都根據(jù)結(jié)果重新計(jì)算。精確調(diào)節(jié)得出的 PID 參數(shù)通常比預(yù)調(diào)節(jié)得出的 PID 參數(shù)具有更好的主控和擾動(dòng)特性。PID_Compact 將自動(dòng)嘗試生成大于過程值噪聲的振蕩。 過程值的穩(wěn)定性對(duì)精確調(diào)節(jié)的影響非常小。 重新計(jì)算前會(huì)備份 PID 參數(shù)。

啟動(dòng)精確調(diào)節(jié)的必要條件：

• 已在循環(huán)中斷 OB 中調(diào)用 “PID_Compact” 指令。
• ManualEnable = FALSE 且 Reset = FALSE
• PID_Compact 處于下列模式之一：“未激活”、“手動(dòng)模式”或“自動(dòng)模式”。
• 設(shè)定值和過程值均處于組態(tài)的限值范圍內(nèi)。
• 在操作點(diǎn)處，控制回路已穩(wěn)定。過程值與設(shè)定值一致時(shí)，表明到達(dá)了操作點(diǎn)。
• 不能被干擾。|

精確調(diào)節(jié)：在穩(wěn)定狀態(tài)下，將圍繞過程值的操作點(diǎn)生成恒定受限的振蕩

圖2. 運(yùn)行自整定曲線圖

可以在“未激活”、“自動(dòng)”或“手動(dòng)”模式下啟動(dòng)精確調(diào)節(jié)。 如果希望通過控制器調(diào)節(jié)來改進(jìn)現(xiàn)有 PID 參數(shù)，建議自動(dòng)模式下啟動(dòng)精確調(diào)節(jié)。
如果已執(zhí)行精確調(diào)節(jié)且沒有錯(cuò)誤，則 PID 參數(shù)已得到優(yōu)化。 PID_Compact 切換到自動(dòng)模式，并使用優(yōu)化的參數(shù)。 在電源關(guān)閉以及重啟 CPU 期間，優(yōu)化的 PID 參數(shù)保持不變。 如果“精確調(diào)節(jié)”期間出錯(cuò)，PID_Compact 將切換到“未激活”模式。

PID Compact V2 調(diào)試面板

通過路徑：項(xiàng)目樹 > PLC 項(xiàng)目 > 工藝對(duì)象 > PID_Compact > 調(diào)試打開整定界面，如圖 3 所示：

圖3.PID Compact 調(diào)試面板

1.采樣時(shí)間：選擇調(diào)試面板測(cè)量功能的采樣時(shí)間；啟動(dòng)：激活 PID Compact 趨勢(shì)采集功能。調(diào)節(jié)模式：選擇整定方式；啟動(dòng)：激活調(diào)節(jié)模式。
2.實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖顯示：以曲線方式顯示 Setpoint（給定值），Input（反饋值），Output (輸出值)。
3.標(biāo)尺：更改趨勢(shì)中曲線顏色和標(biāo)尺中的最大/最小值。
4.調(diào)節(jié)狀態(tài)：顯示進(jìn)度條與調(diào)節(jié)狀態(tài)。當(dāng)調(diào)節(jié)完成后，整定出的參數(shù)會(huì)實(shí)時(shí)更新至工藝對(duì)象背景數(shù)據(jù)塊 > Retain > PID 參數(shù)中。
a. ErrorAck：確認(rèn)警告和錯(cuò)誤，點(diǎn)擊時(shí) ErrorAck=Ture，釋放時(shí) ErrorAck=False。
b. 上傳 PID 參數(shù)：將調(diào)節(jié)出的參數(shù)更新至初始值
c. 轉(zhuǎn)到 PID 參數(shù)：轉(zhuǎn)換到組態(tài)界面 > 高級(jí)設(shè)置 > PID 參數(shù)
d. 若當(dāng)進(jìn)度條達(dá)或控制器調(diào)節(jié)功能看似受阻時(shí)，請(qǐng)單擊“調(diào)節(jié)模式”中（上圖部分 1）的 “Stop” 圖標(biāo)。檢查工藝對(duì)象的組態(tài)，必要時(shí)請(qǐng)重新啟動(dòng)控制器調(diào)節(jié)功能。
5.可監(jiān)視給定，反饋，輸出值的在線狀態(tài)，并可手動(dòng)強(qiáng)制輸出值。Stop PID_Compact：禁用 PID 控制器至非活動(dòng)狀態(tài)。

上傳參數(shù)時(shí)要保證軟件與 CPU 之間的在線連接，并且調(diào)試模板要在測(cè)量模式，即能實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)值，點(diǎn)擊上傳按鈕后，PID 工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊會(huì)顯示與 CPU 中的值不一致，因?yàn)榇藭r(shí)項(xiàng)目中工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊的初始值與 CPU 中的不一致，可將此塊重新下載。

PID Compact V2 調(diào)試的常見問題

如何觀察 PID 控制器的運(yùn)行趨勢(shì)？

1.使用博途軟件的 Traces 功能
a. 建立 Trace 軌跡，在項(xiàng)目樹 > Traces > 添加新 Trace
b. Trace > 配置窗口 > 信號(hào) > 添加變量，窗口拆分顯示后使用拖放操作添加“信號(hào)”
c. 設(shè)置采樣時(shí)間和觸發(fā)記錄的模式，具體操作請(qǐng)參見本書 Traces 功能介紹

圖4.Trace配置界面添加監(jiān)控變量

2.使用 PID 調(diào)試面板
a. 調(diào)試面板可以啟動(dòng)預(yù)調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)，并觀察 PID 控制器參數(shù)的運(yùn)行曲線。
b. 若不啟動(dòng)調(diào)節(jié)功能，僅啟用在線測(cè)量功能，仍然可以觀察運(yùn)行曲線，但不可直接記錄導(dǎo)出測(cè)量曲線。
c. 在實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖顯示界面，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊 > 添加曲線至軌跡 > 測(cè)量中，即 Traces 功能。

3.連接給定、反饋、輸出值的變量至上位機(jī)等軟件，采用上位機(jī)等的趨勢(shì)功能進(jìn)行采集。