SIMATIC S7-1500与TIA博途软件的使用---连载82

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SIMATIC S7-1500与TIA博途软件的使用---连载82

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2016-12-15 10:19:57

以下内容节选自机械工业出版社出版的西门子自动化技术丛书----《SIMATIC S7- 1500 与 TIA博途软件使用指南》, 作者崔坚。更多更详细的内容请您参考《SIMATIC S7- 1500 与 TIA博途软件使用指南》一书。

 

PID_Compact指令的调用与PID调试示例---组态PID_Compact V2工艺对象

 

  • 10.13 PID_Compact指令的调用与PID调试示例

        考虑到使用的广泛性,下面以PID_Compact指令为例介绍S7-1500的PID控制器在TIA 博途中使用的基本方法。

        为了便于演示,在示例中使用了一个仿真的受控系统“Sim_PT3”FB54作为受控对象。关于仿真的受控系统,请参考西门子在线支持网站上的相关信息,条目号:76798774 。仿真程序块可以参考光盘目录:示例程序->PID文件夹下的《76798774_PID_CompactV2_V13_SP1》项目。

 

  • 10.13.1组态PID_Compact V2工艺对象

        PID_Compact指令及PID_Compact指令对应的工艺对象具有多个版本,适用于S7-1500 CPU最新的版本为V2.1,一般建议在项目中调用最新版本的PID_Compact指令。首先,在TIA Portal V13 SP1中新建一个项目,命名为“My_PID”。在项目中添加一个S7-1500 CPU,并在该CPU中插入一个新的工艺对象,对象类型选择“PID”中的“PID_Compact”,如图11- 3所示。

 图11- 3插入一个新的PID工艺对象

         或者在程序中调用PID_Compact指令时生成一个背景数据块,这个背景数据块即是一个新的PID工艺对象,调用PID指令时也可选择已经创建好的工艺对象(背景数据块)。

 

        在打开的PID工艺对象组态界面中,可以对PID工艺对象的一些重要参数进行组态,包括基本设置、过程值设置、高级设置等。

  • 基本设置

        如图11- 4所示,在基本设置的“控制器类型”中可以组态控制器的类型参数,为设定值、过程值和扰动变量选择物理量和测量单位,这个测量单位与PID运行无关,仅仅是在组态中起到显示作用,便于用户理解。如果组态“反转控制逻辑”,则输出值随着过程值的变化而反方向变化。此外,还可以在“控制器类型”中组态CPU重启后PID控制器的工作模式。

  

 图11- 4 PID_Compact工艺对象的基本设置

         在基本设置的“Input/Output参数”中可以组态设定值、过程值和输出值的源,例如过程值“input”表示过程值引自程序中经过处理的变量;而“input_PER”表示来自于未经处理的模拟量输入值。同样, PID_Compact的输出参数也具有多种形式:选择“Output”表示输出值需使用用户程序来进行处理,“Output”也可以用于程序中其它地方作为参考,例如串级PID等;而“Output_PER”输出值与模拟量转换值相匹配,可以直接连接模拟量输出;输出也可以是脉冲宽度调制信号“Output_PWM”。

  • 过程值设置

        在过程值设置中必须为受控系统指定合适的过程值上限和过程值下限。一旦过程值超出这些限值,PID_Compact指令即会报错(输出值ErrorBits = 0001H),并会取消调节操作。

        如果已在基本设置中组态了过程值为Input_PER,由于它来自于一个模拟量输入的地址,必须将模拟量输入值转换为过程值的物理量。如图11- 5所示,在过程值标定中设置模拟量输入值的下限和上限,它们对应模拟量通道的有效过程值(如0~27648或-27648~27648)的下限和上限;以及设置与之对应的标定过程值的下限和上限(如0~100%)。

 

 图11- 5 PID_Compact工艺对象的过程值设置

   高级设置

        高级设置如图图11- 6所示,在过程值监视组态窗口中,可以组态过程值的警告上限和警告下限。如果过程值超出警告上限,PID_Compact指令的输出参数InputWarning_H为TRUE;如果过程值低于警告下限,PID_Compact指令的输出参数InputWarning_L为TRUE。警告限值必须处于过程值的限值范围内。如果未输入警告限值,将使用过程值的上限和下限。

 

 图11- 6 PID_Compact工艺对象高级设置中的过程值监视设置

         PWM限制组态窗口如图图11- 7所示,可以组态PID_Compact控制器脉冲输出Output_PWM的最短接通时间和最短关闭时间。如果已选择Output_PWM作为输出值,则将执行器的最小开启时间和最小关闭时间作为Output_PWM的最短接通时间和最短关闭时间;如果已选择Output或Output_PER作为输出值,则必须将最短接通时间和最短关闭时间设置为0.0s。  

 图11- 7 PID_Compact工艺对象高级设置中的PWM限制设置

          输出值限值组态窗口如图11- 8所示,以百分比形式组态输出值的限值,无论是在手动模式还是自动模式下,输出值都不会超过该限值。如果在手动模式下指定了一个超出限值范围的输出值,则CPU会将有效值限制为组态的限值。

        输出值限值必须与控制逻辑相匹配。限值也依赖于输出的形式:采用Output和Output_PER输出时,限值范围为 -100.0%~100.0% ;采用Output_PWM输出时,限值范围为 0.0~100.0% 。

        如果发生错误时,PID_Compact可以根据预设的参数输出0、输出错误未决时的当前值,或是输出错误未决时的替代值。

 

 图11- 8 PID_Compact工艺对象高级设置中的输出值限值设置

         如果不想通过控制器自动调节得出PID参数,也可手动输入适用于受控系统的PID参数,组态窗口如图11- 9所示。

 

图11- 9 PID_Compact工艺对象高级设置中的PID参数设置

         PID_Compact是一种具有抗积分饱和功能并且能够对比例作用和微分作用进行加权的PIDT1控制器。PID 算法遵循以下等式:

        y=Kp [(b?w-x)+ 1/(TI?s) (w-x)+(TD?s)/(a?TD?s+1)(c?w-x)]

        它对应的功能图如图11- 10所示。其中,y是PID算法的输出值;Kp是比例增益;b是比例作用权重;w是设定值;x是过程值;TI是积分作用时间;s是拉普拉斯运算符;a是微分延迟系数;TD是微分作用时间;c是微分作用权重。所有的PID参数均具有保持性。

 

 图11- 10 带抗积分饱和的PIDT1的方框图

         受控系统需要一定的时间来对输出值的变化作出响应。因此,建议不要在每次循环中都计算输出值。PID 算法的采样时间是两次计算输出值之间的时间。该时间在调节期间进行计算,并四舍五入为循环时间的倍数,如果启用手动输入PID参数,则此时间需要手动输入。PID_Compact 的所有其它功能会在每次调用时执行。

 

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