S7-200 SMART-PID 回路和整定

S7-200 SMART

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PID 回路和整定

CPU 现已支持 PID 自整定功能，STEP 7-Micro/WIN SMART 中也添加了 PID 整定控制 面板。这两项功能相结合，大大增强了 PID 的功能，并且使这一功能的使用变得更加简 便。 可通过操作面板或 PID 调节控制面板在用户程序中触发自整定。PID 自整定器会计算建 议（接近佳）的增益值、积分时间（复位）和微分时间（速率）整定值。可以为回路选 择快速响应、中速响应、慢速响应或极慢速响应等整定类型。 通过 PID 整定控制面板，您可以启动自整定过程、中止自整定过程以及在图表中监视结 果。控制面板会显示所有可能出现的错误情况或警告。您可以应用通过自整定计算出的增 益、复位和速率值。 PID 自整定器的目的在于确定一组整定参数，从而可为回路优数值提供合理近似。 使 用这些推荐的整定值可以使您进行的整定调节，真正优化您的控制过程。 CPU 中使 用的自整定算法基于 K. J. Åström 和 T. Hägglund 在 1984 年提出的继电器反馈技术。经 过二十年的发展，继电器反馈已被广泛用于工业控制的各个领域。 继电器反馈的概念是指在一个稳定的控制过程中产生一个微小但持续的振荡。 过程变量 中的振荡周期和振幅变化将终决定控制过程的频率和增益。 然后，利用这些终增益 和频率值，PID 自整定器会向您推荐增益、复位和速率整定值。 推荐的值取决于您为控制过程选择的回路响应速度。 您可以选取快速、中速、慢速或极 慢速响应。 快速响应可能产生过调，并符合欠阻尼整定条件，具体取决于控制过程。 中 速响应可能频临过调，并符合临界阻尼整定条件。 慢速响应不会导致过调，符合强衰减 整定条件。 极慢速响应不会导致过调，符合强过阻尼整定条件。 除推荐整定值之外，自整定器还能够自动确定滞后值和 PV 峰值偏差。 可使用这些参数 减少当限制由 PID 自整定器设置的持续振荡的振幅时过程噪声所产生的影响。 PID 自整定器可以为直接作用和反作用 P、PI、PD 和 PID 回路确定建议整定值。

PID 回路定义表

通过您在 PID 指令框中针对表 (TBL) 输入的起始地址，为回路表分配八十 (80) 个字节。 S7-200 SMART CPU 的 PID 指令引用包含回路参数的此回路表。 如果使用 PID 整定控制面板，则可通过控制面板处理所有与 PID 回路表的交互。 如果需 要通过操作员面板提供自整定功能，您的程序必须提供操作员和 PID 回路表之间的交 互，这样才能启动和监视自整定过程，然后应用推荐的整定值。

先决条件 

要进行自整定的回路必须处于自动模式。 回路输出必须由 PID 指令的执行来控制。 如果 回路处于手动模式，则自整定失败。 启动自整定操作之前，控制过程必须达到稳定态，也就是说，PV 已经达到设定值（或者 对 P 型回路来说，PV 与设定值之间的差值恒定），并且输出不会不规律地变化。 理想状态下，自整定启动时，回路输出值应该在控制范围中心附近。 自整定过程在回路 的输出中加入一些小的阶跃变化，使得控制过程产生振荡。 如果回路输出接近其控制范 围的任一限值，自整定过程引入的阶跃变化可能导致输出值超出小或大范围限值。 如果发生这种情况，可能会生成自整定错误条件，当然也会使推荐值并非优化。

自滞后和自偏差

滞后参数

滞后参数指定了相对于设定值的偏移（正或负），PV（过程变量）在此偏移范围内时， 不会导致继电器控制器改变输出值。 该值用于减小 PV 信号中噪声的影响，从而更** 地计算出过程的固有振动频率。 如果选择自动确定滞后值，PID 自整定器将进入滞后确定序列。 该序列包含一段时间内 的过程变量采样值，然后根据采样结果计算出标准偏移。 为了得到具有统计意义的采样数据，至少要有 100 个采样值。 如果回路的采样时间为 200 毫秒，则采集 100 个样本需要 20 秒。 采样时间较长的回路需要更多时间。 即使回 路的采样时间小于 200 毫秒，从而采样 100 次的时间不需要 20 秒，滞后确定序列仍然需 要至少 20 秒的采样时间。 得到所有采样之后，就可以算出采样集合的标准偏差。 滞后值定义为标准偏差的两倍。 计算出的滞后值将写入回路表的实际滞后字段 (AHYS)。

说明 

计算自滞后序列时，不能执行正常的 PID 计算。 因此，在启动自整定序列之前，控制过 程应处于稳定状态。 这样可以得到更好的滞后值结果，同时也可以保证自滞后序列期间 控制过程不会失控。

偏差参数

偏差参数是指希望得到的 PV 对于设定值的峰峰值幅度。 如果选择自动确定该值，它将 是滞后值的 4.5 倍。 在自整定过程中，会适当地调节输出，使控制过程中的振荡幅度在 这一范围内。