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西門(mén)子PLCsmart200-PID 自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)擾動(dòng)切換
2020/11/29 23:23:58

西門(mén)子PLCsmart200-PID 自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)擾動(dòng)切換

PID 自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)擾動(dòng)切換

有些工程項(xiàng)目中可能需要根據(jù)工藝要求在不同的時(shí)刻投入、或者退出 PID 自動(dòng)控制;退出 PID 自動(dòng)控制時(shí),控制器的輸出部分可以由操作人員直接手動(dòng)控制。這就是所謂的 PID 手動(dòng)/自動(dòng)切換。

PID 控制處于自動(dòng)方式時(shí),PID 控制器(S7-200 SMART 中的 PID 調(diào)節(jié)功能)會(huì)按照 PID 算法,自動(dòng)通過(guò)輸出的作用使過(guò)程反饋值跟隨給定值變化,并保持穩(wěn)定。這是一個(gè)自動(dòng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求,改變給定(即設(shè)定值)的值。

PID 控制處于手動(dòng)方式時(shí),PID 控制器不再起自動(dòng)計(jì)算的作用。這時(shí),控制回路的輸出是由操作人員手動(dòng)控制、調(diào)整,由操作人員觀(guān)察現(xiàn)場(chǎng)的控制效果,從而構(gòu)成人工閉環(huán)控制。

 所謂 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制,就是看控制系統(tǒng)的輸出是由 PID 控制器自動(dòng)控制,還是由操作人員手動(dòng)控制。

有些控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能承受較大的沖擊,這就要求在進(jìn)行 PID 自動(dòng)/手動(dòng)切換時(shí),保持控制輸出的穩(wěn)定。這就是要求無(wú)擾動(dòng)切換。

為了達(dá)到 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制的無(wú)擾動(dòng)切換,需要在編程時(shí)注意一些相關(guān)事項(xiàng)。下面分別就直接使用 PID 指令編程,和使用 PID 向?qū)Ь幊虄煞N情況作一介紹。

1.直接使用 PID 指令編程時(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

直接使用 PID 指令塊編寫(xiě) PID 控制程序時(shí),可以簡(jiǎn)單地使用“調(diào)用/不調(diào)用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。因?yàn)?PID 指令本身已經(jīng)具有實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換的能力,此時(shí)在 PID 指令控制環(huán)節(jié)之外編程沒(méi)有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能(為“1”)時(shí),我們認(rèn)為是自動(dòng)控制模式;EN 輸入端未使能(為“0”)時(shí),我們認(rèn)為是手動(dòng)控制模式。

PID 指令本身有一個(gè)“能流歷史狀態(tài)位”,以記錄指令的狀態(tài)切換。在 EN 端從“0”變?yōu)椤薄?”時(shí),PID 指令認(rèn)為這是從“手動(dòng)”模式向“自動(dòng)”模式切換。PID 指令此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一系列動(dòng)作,以配合無(wú)擾動(dòng)切換:

  • 使設(shè)定值( SPn) = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn)
  • 設(shè)置上次采樣過(guò)程變量(PVn-1) = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn)
  • 設(shè)置積分偏差和(或所謂積分前項(xiàng))(Mx) = 當(dāng)前輸出值(Mn)

使設(shè)定值等于當(dāng)前反饋值可以避免出現(xiàn)偏差,使之不存在調(diào)整的要求;當(dāng)然如果有工藝要求,也可以后續(xù)調(diào)整設(shè)定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續(xù)的操作中不改變輸出的值。

在編程時(shí)要注意:

  • 從自動(dòng)模式向手動(dòng)模式切換時(shí),PID 指令的 EN 端不再有能流,計(jì)算停止,輸出值 Mn 不再變化。此時(shí)如果需要操作人員人工觀(guān)察控制的結(jié)果,手動(dòng)控制輸出量,就可以通過(guò)用戶(hù)程序直接改變回路表中的輸出值存儲(chǔ)單元內(nèi)容(見(jiàn)數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)手冊(cè)的相關(guān)部分內(nèi)容)。如果有必要,操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)化換算。
  • 為保證從手動(dòng)模式向自動(dòng)模式的切換無(wú)擾動(dòng),需要在手動(dòng)控制時(shí),或在切換過(guò)程中,禁止對(duì) PID 回路表中設(shè)定值的更新,以便切換時(shí) PID 指令用當(dāng)前過(guò)程反饋值替代設(shè)定值。切換完成后,操作人員可以調(diào)整設(shè)定值。

2.使用 PID 向?qū)Ь幊虝r(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

使用 PID 指令向?qū)Ь幊虝r(shí),指令向?qū)?huì)自動(dòng)調(diào)用 PID 指令,并且編寫(xiě)外圍的控制變量標(biāo)準(zhǔn)化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶(hù)在使用 PID 指令向?qū)r(shí),需要在用戶(hù)程序中用 SM0.0 調(diào)用指令向?qū)傻淖映绦颍ㄈ?PIDx_CTRL 子程序)。PID 向?qū)Э梢陨蓭ё詣?dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序,這個(gè)子程序使用一個(gè)數(shù)字量點(diǎn)為“1”、“0”的狀態(tài)來(lái)控制是否投入 PID 自動(dòng)控制。

 到目前為止(STEP 7-Micro/WIN SMART),使用 PID 向?qū)傻淖映绦驎r(shí),由于用戶(hù)程序不能直接使用 PID 指令,它的無(wú)擾切換能力因?yàn)楦袅送鈿ぷ映绦?,所以受到了局限。如果?duì)無(wú)擾切換要求比較嚴(yán)格,需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控制子程序。


圖 1. PID 向?qū)傻闹噶?

圖中:

  1. 過(guò)程反饋量
  2. 設(shè)定值,實(shí)數(shù)
  3. 自動(dòng)/手動(dòng)控制,“1”=自動(dòng),“0”=手動(dòng)
  4. 手動(dòng)控制輸出值,0.0 - 1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)
  5. PID 控制輸出值

要實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換,必須:

  • 在從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí),使手動(dòng)輸出值(VD2004)等于當(dāng)前的實(shí)際控制輸出值;
  • 在從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí),使設(shè)定值相當(dāng)于當(dāng)前的過(guò)程反饋值。

為此,可編寫(xiě)類(lèi)似下圖所示的程序,放在 PID 控制子程序之前:


圖 2. 無(wú)擾切換處理程序

圖中:

  1. 自動(dòng)/手動(dòng)切換控制點(diǎn)
  2. 從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí),使手動(dòng)輸出值等于實(shí)際當(dāng)前值
  3. 從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí),把當(dāng)前反饋量換算為相應(yīng)的給定值

 上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫(kù)中的子程序,如何將該指令庫(kù)導(dǎo)入到Micro/WIN SMART 中可參見(jiàn)如何將Micro/WIN 的庫(kù)文件導(dǎo)入到Micro/WIN SMART中。這是為了解決過(guò)程反饋與設(shè)定值之間的換算問(wèn)題。用戶(hù)也可以自己編程換算,或者根據(jù)反饋與給定的取值范圍決定是否需要換算。

為了更好地理解 PID向?qū)У淖詣?dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換的使用,可參考下面的例程。

使用環(huán)境: STEP 7 Micro/WIN SMART V2.3.2

實(shí)現(xiàn)功能: PID向?qū)У淖詣?dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

 PID向?qū)ё詣?dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

免責(zé)聲明

本例程僅供參考,程序中的CPU版本、類(lèi)型可能與用戶(hù)實(shí)際使用不同,用戶(hù)可能需要先對(duì)例子程序做修改和調(diào)整,才能將其用于測(cè)試。本例程的作者和擁有者對(duì)于該例程的功能性和兼容性不負(fù)任何責(zé)任,使用該例程的風(fēng)險(xiǎn)完全由用戶(hù)自行承擔(dān)。由于它是免費(fèi)的,所以不提供任何擔(dān)保,錯(cuò)誤糾正和熱線(xiàn)支持,用戶(hù)不必為此聯(lián)系西門(mén)子技術(shù)支持與服務(wù)部門(mén)。

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