一、 PID回路控制概述

PID控制器是應用最廣泛的閉環控制器，它根據給定值與被控實測值之間的偏差；按照PID算法計算出控制器的輸出量，控制執行機構進行調節，使被控量跟隨給定量變化，并使系統達到穩定；自動消除各種干擾對控制過程的影響。其中PID分別表示比例、積分和微分

S7-200 SMART中PID功能實現方式有以下三種：

PID指令塊：通過一個PID回路表交換數據，只接受0.0 - 1.0之間的實數（實際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效數值。

PID向導：方便地完成輸入/輸出信號轉換/標準化處理。PID指令同時會被自動調用。

根據PID算法自己編程

S7-200 SMART CPU最多可以支持8個PID控制回路（8個PID指令功能塊）,根據PID算法自己編程沒有具體數目的限制，但是我們需要考慮PLC的存儲空間以及掃描周期等影響。

PID控制是負反饋閉環控制，能夠抑制系統閉環內的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定變化。

PID控制算法有幾個關鍵的參數Kc（Gain，增益）Ti（積分時間常數），Td（微分時間常數）Ts（采樣時間）

在S7-200 SMART中PID功能是通過PID指令功能塊實現。通過定時（按照采樣時間）執行PID功能塊，按照PID運算規律，根據當時的給定、反饋、比例－積分－微分數據，計算出控制量

由于PID可以控制溫度、壓力等等許多對象，它們各自都是由工程量表示，因此有一種通用的數據表示方法才能被PID功能塊識別。

S7-200 SMART中的PID功能使用占調節范圍的百分比的方法抽象地表示被控對象的數值大小。在實際工程中，這個調節范圍往往被認為與被控對象（反饋）的測量范圍（量程）一致。

PID功能塊只接受0.0 - 1.0之間的實數（實際上是0%--100%）作為反饋、給定與控制輸出的有效數值，如果是直接使用PID功能塊編程，必須保證數據在這個范圍之內，否則會出錯。其他如增益、采樣時間、積分時間、微分時間都是實數。因此，必須把外圍實際的物理量與PID功能塊需要的（或者輸出的）數據之間進行轉換。這就是所謂輸入/輸出的轉換與標準化處理

二、PID主要參數

采樣時間：CPU必須按照一定的時間間隔對反饋進行采樣，才能進行PID控制的計算。采樣時間就是對反饋進行采樣的間隔。短于采樣時間間隔的信號變化是不能測量到的。過短的采樣時間沒有必要，過長的采樣間隔顯然不能滿足擾動變化比較快、或者速度響應要求高的場合。

增益（Gain，放大系數，比例常數）

增益與偏差（給定與反饋的差值）的乘積作為控制器輸出中的比例部分。提高響應速度，減少誤差，但不能消除穩態誤差，當比例作用過大時，系統的穩定性下降。

積分時間:偏差值恒定時，積分時間決定了控制器輸出的變化速率。積分時間越短，偏差得到的修正越快。過短的積分時間有可能造成不穩定。

積分時間的長度相當于在階躍給定下，增益為“1”的時候，輸出的變化量與偏差值相等所需要的時間，也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時間。

如果將積分時間設為最大值，則相當于沒有積分作用。

微分時間:偏差值發生改變時，微分作用將增加一個尖峰到輸出中，隨著時間流逝減小。微分時間越長，輸出的變化越大。微分使控制對擾動的敏感度增加，也就是偏差的變化率越大，微分控制作用越強。微分相當于對反饋變化趨勢的預測性調整。

如果將微分時間設置為0就不起作用，控制器將作為PI調節器工作。

比例調節 :提高響應速度，減少誤差，但不能消除穩態誤差，當比例作用過大時，系統的穩定性下降。(由小到大單獨調節）

積分調節:消除穩態誤差，使系統的動態響應變慢，積分時間越小，積分作用越大 ，偏差得到的修正越快，過短的積分時間有可能造成不穩定。（將調好的比例增益調整到50%~80%后，由大到小減小積分時間）

微分調節:超前調節，能預測誤差變化的趨勢，提前抑制誤差的控制作用，從而避免了被控量的嚴重超調?？梢愿纳葡到y的響應速度和穩定性，對噪聲干擾有放大作用，對具有滯后性質的被控對象，應加入微分環節。

三、PID向導

1、在Micro/WIN SMART中的工具菜單中選擇PID向導

3、S7-200 SMART CPU最多可以支持8個PID控制回路（8個PID指令功能塊）

6、增益：即比例常數

積分時間：如果不想要積分作用可以將該值設置很大（比如10000.0）

微分時間：如果不想要微分回路，可以把微分時間設為0

采樣時間：是PID控制回路對反饋采樣和重新計算輸出值的時間間隔

8、單極性：0-27648

雙極性-27648到27648

溫度x10°是PT100的熱電阻或熱電偶 的溫度值 °C表示攝氏度 °F表示華氏度

選用20%偏移：如果輸入為4－20mA則選此項，4mA是0－20mA信號的20%，所以選20% 偏移，即4mA對應5530，20mA對應27648

11、輸出類型：可以選擇模擬量輸出或數字量輸出。

模擬量輸出用來控制一些需要模擬量給定的設備，如比例閥、變頻器等

數字量輸出實際上是控制輸出點的通、斷狀態按照一定的占空比變化，可以控制固態繼電器（加熱棒等）

12、范圍：

為單極時，缺省值為 0 到 27648

為雙極時，取值-27648 到27648

為20%偏移量時，取值5530 - 27648 ，不可改變

14、反饋值下限的10%時報警

15、反饋值高于上限的90%時報警

16、模擬量模塊錯誤報警 ?！癊M0”就是第一個擴展模塊的位置

18、可以選擇添加PID 手動控制模式

20、PID功能塊使用了一個120個字節的V區地址來進行控制回路的運算工作；并且PID向導生成的輸入/輸出量的標準化程序也需要運算數據存儲區。要保證該地址起始的若干字節在程序的其它地方沒有被重復使用。

24、向導完成生成的子程序

25、向導生成的數據塊

數據塊的地址需要組態斷電保持

四、PID指令