S7-1200系列PLC提供如表9.4所示的三种PID控制器。

表9.4　PID控制器

创建PID控制项目的的步骤如下：

（1）添加工艺对象；

（2）组态工艺对象；

（3）在用户程序中调用指令；

（4）将工艺对象下载到设备；

（5）调试软件控制器；

（6）将优化的参数保存到项目中；

（7）比较值；

（8）显示工艺对象的背景。

下面利用TIA V14系统，构建一个基于S1200系列PLC的高层供水系统中的水位恒压控制系统，如图9.60所示为其控制结构图。

图9.60　控制结构图

1.新增控制对象

新增工艺对象的步骤如下。

（1）在项目树中打开CPU文件夹。

（2）打开“工艺对象”文件夹。

（3）双击“新增对象”，打开如图9.61所示的对话框。

（4）择“PID”类型，这时会出现适用于S1200的所有PID控制器，如中间所示的三类，在此选用常规的PID_Compact。

（5）在“名称”输入框中输入该工艺对象的专用名称“水压控制器”。

（6）如果要更改背景数据块的推荐数据块编号，请选择“手动”（Manual）选项，并输入想用的数据块编号，此处选用自动的编号。

（7）如果想要为该工艺对象添加用户信息，请单击“其他信息”并输入注释等相关信息。

（8）最后单击“确定”完成创建。

图9.61　“新增对象”对话框

创建完成后在“工艺对象”文件夹下出现水压控制器，如图9.62所示，其下有“组态”和“调试”两个功能。同时在“程序块”→“系统块”→“程序资源”中，会出现系统功能块FB1130，即PID_Compact。利用此资源可以将“水压控制器”加入程序中。

图9.62　水压控制器

2.将工艺对象加入到项目

PID控制器应在定时循环中被调用。在此可以增加一个循环中断块，块编号可以利用手动方式进行选择，也可利用“自动”方式由系统指定，其循环时间为PID控制器的采样时间，如图9.63所示。

图9.63　添加时间中断组织块

然后打开添加的循环中断块，将“程序资源”下新增加的“PID_Compact［FB1130］”插入循环程序中，并选择PID控制器为“水压控制器”，具体如图9.64所示。

图9.64　程序中插入“PID_Com pact［FB1130］”

3.控制器的参数设置

PID控制器创建并加入到程序中之后，为使其能够正常工作，必须进行参数设置。参数设置方法分为两种：在程序编辑器的巡视窗口中设置和在组态窗口中设置。

（1）在巡视窗口中的参数设置。

项目树中打开“程序块”下的循环中断块OB30，双击OB30将其在工作区中打开，如图9.65所示，在工作区中单击PID指令，依次选择“属性”和“组态”选项卡，就可进行参数设置了。

图9.65　用巡视窗口进行参数设置

在这种方式中，可以看到参数设置包括控制器类型、Input/Output、过程值限值和过程值标定等参数。

①控制器类型参数。

在控制器类型参数的设置中，主要包括不同的应用场合选择，如速度控制、压力控制、频率控制、力矩控制、温度控制等，可以根据实际进行选择。在此，我们选择压力控制。

如图9.66所示，有两个勾选项。一个是“反转控制逻辑”，适用于控制量增大而输出量减小的应用场合，如制冷机功率增大使温度下降、出水阀的开度增大使水位下降等，都属于此类应用。另一个是“CPU重启后激活Mode”，当不需要重启激活PID功能时，不用勾选此选项，但当勾选此项后，需要从后续的下拉菜单中选择一个希望的模式选项，备选项有如下五种：非活动、预调节、精确调节、自动模式、手动模式。

图9.66　控制器类型参数设置

在控制器类型左边用标识图符对组态完成情况进行显示，组态标识符号如表9.5所示。

表9.5　组态标识符号

②Input/Output参数。

要设置的三个参数为设置值（Setpoint）、输入值（Input）、输出值（Output），如图9.67所示。根据不同的设定及输入/输出，设置方法有所不同，如表9.6所示。

(www.daowen.com)

图9.67　Input/Output参数

表9.6　Input/Output参数设置

续表

③过程值设置参数。

过程值设置包括过程值限值和过程值标定两组，如图9.68所示。过程值的标定是将采样的数字量和实际的物理量进行对应，包括两个值对：标定的过程值上限和对应的数字量，标定的过程值下限和对应的数字量，这样，PLC就可以方便地通过采样值获得对应的物理量的大小。

过程值限值包括过程值上限和过程值下限，当反馈的超过设定的限值时，将会出现错误（ErrorBits=0001h）。如果超出过程值的限值，则取消调节操作。可在输出值设置中组态PID_Compact如何在自动模式下对错误进行响应。如图9.69所示，可以将控制器设置为“未激活”模式，或设置为“错误未决时的替代值输出”模式，也可设为“错误待定时的当前值输出”模式。

图9.68　过程值设置

图9.69　错误发生时的输出组态

（2）在组态窗口中的参数设置。

项目树中打开“程序块”下的“工艺对象”项，在项目树中打开该工艺对象，双击“组态”对象，在工作区中就可进行参数设置。这时在右上角包括“功能视野”和“参数视图”两个选项卡，其中“功能视野”的设置如图9.70所示。

图9.70　用“功能视野”窗口进行参数设置

与巡视窗口相比，在此还包括过程值监视、PWM限制、输出值限值、PID参数设置及调试参数等。其“参数视图”效果如图9.71所示。

图9.71　“参数视图”效果

在此视图中，可以确定各参数在对应的DB中的存贮变量名及其数据类型、数据特点、数据范围以及默认值等，具体设置方法不再赘述。

本质上，所有的参数最终都是存贮在背景数据块中的，所以也可以直接在DB中进行参数设置，方法如下：

项目树中打开“程序块”下的“工艺对象”，在对应的工艺对象上点右键，在弹出菜单中选择“打开背景DB”选项，如图9.72所示。

图9.72　打开背景数据块

（3）在线模式下激活PID控制器。

在初步设定好PID控制器的参数后，进行编译并全部下载到PLC中，将输入/输出连接好，可以进行PID参数的优化。具体步骤是：在项目树中打开“工艺对象”，双击其下的“调试”对象，在工作区中就会出现如图9.73所示的调试界面。

图9.73　PID控制器调试界面

按下左上方的起动按钮，就会开始进行参数优化处理，优化过程结束后，单击左下方的“上传PID参数”按钮，可将优化后的参数送至上位机保存，即PID参数存储在项目数据中，重新在PLC中加载项目数据时，将使用优化的参数。

PID控制器的参数调节模式分为“预调节”和“精确调节”两种。

①预调节方法。

利用系统的阶跃响应，得到其中的拐点，通过切线与横轴相交，从而得到Tu（延迟时间）、Tg（恢复时间），进而得到P、I、D三个参数。

起动预调节的条件如下：

·

·

·PID_Compact处于下列模式之一，“未激活”“手动模式”或“自动模式”。

起动预调节的步骤如下：

·双击“工艺对象”下的“调试”对象，进入控制器调试界面；

·在“调节模式”下拉列表中选择“预调节”；

·单击“Start”图标。

此时左下角的“状态”字段显示当前步骤和所发生的所有错误，进度条指示当前步骤的进度。

如果执行预调节时未产生错误消息，则PID参数已调节完毕，控制器将切换到自动模式并使用已调节的参数。在电源关闭以及重启CPU期间，已调节的PID参数保持不变。

如果无法实现预调节，此时PID_Compact将根据已组态的响应对错误做出反应。

②精确调节方法。

精确调节将使过程值出现恒定受限的振荡。将根据此振荡的幅度和频率为操作点调节PID参数。所有PID参数都根据结果重新计算。精确调节得出的PID参数通常比预调节得出的PID参数具有更好的主控和扰动特性。可在执行预调节和精确调节时获得最佳PID参数。

PID_Compact将自动尝试生成大于过程值噪声的振荡。过程值的稳定性对精确调节的影响非常小。重新计算前会备份PID参数。

精确调节一般是在预调节的基础上，对控制参数实现进一步的优化，此时应将控制器设为“自动模式”，然后起动精确调节。这时控制器将会使用现有的参数进行系统控制，直到控制回路已稳定并且精确调节的要求得到了满足，然后才会起动精确调节。

起动精确调节的步骤如下：

·在“调节模式”下拉列表中选择“精确调节”；

·单击“Start”图标。

“状态”（Status）字段显示当前步骤和所发生的所有错误。进度条指示当前步骤的进度。

如果执行预调节时未产生错误消息，则PID参数已调节完毕，控制器将切换到自动模式并使用已调节的参数。此时应将参数上传到项目中进行保存。

在本例中，选用1214C集成式PLC，含有两路模拟量输入，分别是IW64和IW66，增加了信号板QW80，具体程序段如图9.74所示。

图9.74　完整的PID程序