项目28　

使用PID调节控制面板

    使用S7-200的PID自整定功能对项目27中的温度控制系统中的PID参数进行整定。

    新的S7-200 CPU支持PID自整定功能，在STEP 7-Micro/Win V4.0中也添加了PID调节控制面板，可以用图形方式监视PID回路的运行。可以使用用户程序或PID调节控制面板来启动自整定功能。在 同一时间最多可以有8个PID回路同时进行自整定。PID调节控制面板也可以用来手动调试老版本的 （不支持PID自整定）CPU的PID控制回路。
    可以根据工艺要求为调节回路选择快速响应、中速响应、慢速响应或极慢速响应。PID自整定会根据响应类型而计算出最优化的比例、积分、微分值，并可应用到控制中。

    要想使用PID自整定功能，PID编程必须用PID向导来完成。在Micro/Win V4.0在线的情况下，单击菜单“工具→PID调节控制面板”打开该工具，如图28-1所示。

 

    图28-1中“过程变量”项显示过程变量的值及其棒图；“当前值”项显示当前使用的设定值、采样时间、PID 参数值及显示当前的输出值和棒图等，图中曲线显示了过程值、设定值及输出值的PID趋势图，包括过程变量和设定值的取值范围及刻度，PID输出的取值范围及刻度，实际PC时间及以不同颜色表示的设定值、过程变量及输出的趋势图；“调节参数（分钟）”项显示PID参数及自动调节、手动调节模式等，在Manual模式下，可改变PID参数，并按Update PLC按钮来更新PLC中的参数；“开始自动调节”按钮用来启动PID自整定功能；“高级…”按钮进入高级参数设定对话框，如图28-2所示；“当前PID”项选择需要监视或自整定的PID回路；“采样率”项设定趋势图的时基；“图例颜色”项显示趋势图中不同的颜色代表不同的值的趋势。

    图28-2中，对于一般的PID系统，建议选中“自动确定数值”复选框，让自整定来自动计算死区值和偏移值。死区值规定了允许过程值偏离设定值的最大（正负）范围，过程反馈在这个范围内的变化不会引起PID自整定调节器改变输出，或者使PID自整定调节器“认为”这个范围内的变化是由于自己改变输出进行自整定调节而引起的。PID自整定开始后，只有过程反馈值超出了该区域，PID自整定调节器才会认为它对输出的改变发生了效果。这个值用来减少过程变量的噪声对自整定的干扰，从而更精确地计算出过程系统的自然振动频率。如果选用自动计算，则默认值为2%。如果过程变量反馈干扰信号较强（噪声大）自然变化范围就大，可能需要人为设置一个较大的值。但这个值的改变要与下面的偏差值保持1:4的关系。偏差值决定了允许过程变量偏离设定值的峰峰值。如果选择自动计算该值，它将是死区的4倍，即8%。有些非常敏感的系统不允许过程量偏离给定值很多，也可以人工设置为比较小的值，但是要和上述“死区”设置保持比例关系。这就是说，一个精度要求高的系统，其反馈信号必须足够稳定。
    “起始输出步长”是PID调节的初始输出值，PID自整定开始后，PID自整定调节器将主动改变PID的输出值，以观察整个系统的反应。起始步长值就是输出的变动第一步变化值，以占实际输出量程的百分比表示。“看门狗时间（秒）”：过程变量必须在此时间（时基为秒）内达到或穿越给定值，否则会产生看门狗超时错误。PID自整定调节器在改变输出后，如果超过此时间还未观察到过程反馈（从下至上或从上至下）穿越给定曲线，则超时。如果能够事先确定实际系统响应非常慢，可以加长这个时间。
    “动态响应选项”项需要根据回路过程（工艺）的要求选择希望的响应类型。快速：可能产生超调，属于欠阻尼响应；中速：在产生超调的边缘，属于临界阻尼响应；慢速：不会产生任何超调，属于过阻尼响应；极慢速：不会产生任何超调，属于严重过阻尼响应。
    在手动将PID调节到稳定状态后，即过程值（实际值）与设定值接近，且输出没有不规律的变化，并最好处于控制范围中心附近。此时可点击图28-1的“开始自动调节”按钮启动PID自整定功能，这时按钮变为“停止自动调节”。这时只需耐心等待，系统完成自整定后会自动将计算出的PID参数显示出来。当按钮再次变为“开始自动调节”时，表示系统已经完成了PID自整定。
    要使用自整定功能，必须保证PID回路处于自动模式。开始自整定后，给定值不能再改变。
    如果要将PID自整定的参数应用到当前PLC中，则只需点击“更新PLC”按钮。 
    完成PID调整后，最好下载一次整个项目（包括数据块），使新参数保存到CPU的EEPROM中。

    使用S7-200 PLC的PID指令时，建议通过向导完成，并熟练运用PID调节面板，可以极大地减小程序调试及PID参数整定的工作量。