PID_Temp 自整定

要使受控系统达到满足要求的控制效果,PID 控制器的参数要合适。由于受控系统的特性不尽相同,因此,受控系统的 PID 参数也不相同。

可通过参数访问方式手动调试,在调试面板中观察曲线图后调整对应的 PID 参数。也可使用指令提供的参数自整定功能。

调试面板

调试面板是用于调试 PID 控制器的工具,如图 1 所示。 可以在趋势视图中监视加热和制冷的设定值、过程值以及输出值随时间变化的曲线。

调试面板支持以下功能:

图 1. 调节面板

S7-1200 PID_Temp 自整定功能

PID 自整定是按照一定的数学算法,通过外部输入信号激励系统,并根据系统的反应数据来计算 PID 参数。

S7-1200 提供了两种整定方式,预调节和精确调节。经过预调节和精确调节后获得最佳 PID 参数。

预调节

预调节功能在对输出值跳变的过程响应中,搜索拐点,根据受控系统的最大斜率与时间计算 PID 参数,如图 2 所示。

过程值越稳定,PID 参数就越容易整定,结果也会越准确。只要过程值的上升速率明显高于噪声,就可以容忍过程值的噪声。最可能的情况是处于“未激活”和“手动模式”工作模式下。

重新计算前会自动备份 PID 参数。

图 2. 预调节

PID_Temp 的预调节类型:

如果要调节加热和制冷过程的 PID 参数,先后使用"预调节加热" 和"预调节制冷"与单独使用"预调节加热和制冷" 相比,可获得更好的控制响应。但是,分两个步骤进行预调节将需要更长的时间。

常规要求

预调节加热的相关要求

预调节加热和制冷的相关要求

预调节制冷的相关要求

如果预调节完成时没有报错,则 PID 参数调节成功。PID_Temp 将切换到自动模式并使用已调节的参数。 PID 参数断电保持。

如果预调节失败,PID_Temp 将根据已组态的方式对错误作出响应。

注意:如果进度条长时间无变化,有可能是调节功能受到限制,请单击"调节模式"中的 "Stop" 图标。检查工艺对象的组态,必要时请重新启动控制器调节功能。

精确调节

精确调节将使过程值出现恒定受限的振荡,并根据此振荡的幅度和频率为工作点调节 PID 参数,如图 3 所示。

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。

重新计算前会自动备份 PID 参数。

图 3. 精确调节

PID_Temp 的精确调节类型:

常规要求

精确调节加热的相关要求

精确调节制冷的相关要求

如果精确调节完成时没有报错,则 PID 参数调节成功。PID_Temp 将切换到自动模式并使用已调节的参数。 PID 参数断电保持。

如果精确调节期间报错,PID_Temp 将根据已组态的方式对错误作出响应。

注意:如果进度条长时间无变化,有可能是调节功能受到限制,请单击"调节模式"中的 "Stop" 图标。检查工艺对象的组态,必要时请重新启动控制器调节功能。

加热/制冷控制器的临时调节偏移量

如果将 PID_Temp 用作加热/制冷控制器 ,则相应设定值对应的 PID 输出值 (PidOutputSum) 必须符合以下要求,这样才能使过程值出现振荡从而成功进行精确调节:

如果不满足上述条件,则可以为精确调节指定一个相反方向上的临时偏移量。

图 4. 加热过程时的制冷输出偏移量

图 5. 制冷过程时的加热输出偏移量

下面举例说明指定精确调节制冷过程时的加热输出偏移量

只有制冷输出时,过程值只能比设定值 80℃小,无法使过程值围绕设定值振荡。此时无法执行精确调节。

由于指定了加热输出的偏移量,当制冷输出在 50.0 上下变化时,就可以使过程值围绕设定值 80 °C 振荡。也就可以成功执行精确调节。

自整定操作步骤

1. 在工艺对象里双击调试进入调试界面,如图 6 所示。

图 6. 工艺对象里的调试操作

2. 在调试界面里点击监视按钮转至在线模式,如图 7 所示。

图 7. 转至在线监控

3. 在控制器的在线状态里选中 “Subst.Setpoint”(替代设定值),并输入设定值,这里假设工作点温度是 70℃,然后点击发送按钮,如图 8 所示。

图 8. 设置设定值

4.选择调节模式,根据需要设置调节偏移量,点击 “Start” 启动调节,这时可以看到调节进度条在变化,当进度条完成时,调节状态显示系统已调节,如图 9 所示。

图 9. 启动自整定

5. 点击上传 PID 参数按钮,把 PID 参数的在线值上传到起始值,如图 10 所示。

图 10. 上传 PID 参数

6. 回到工艺对象,可以看到 PID_Temp_1 显示在线离线不一致,如图 11 所示。这是因为上一步里上传了 PID 参数到离线项目,这时为了保持一致,需要下载一下这个工艺对象。

图 11. 工艺对象在线离线不一致