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西門子S7-300系列PLC的PID功能塊的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

更新時(shí)間:2016-01-06      點(diǎn)擊次數(shù):1529

西門子S7-300系列PLC的PID功能塊的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

1、可以在軟件中進(jìn)行自動(dòng)整定; 
2、自動(dòng)整定的PID參數(shù)可能對(duì)于系統(tǒng)來說不是的,就需要手動(dòng)憑經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行整定。P參數(shù)過小,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間就會(huì)太長(zhǎng);P參數(shù)過大,就容易產(chǎn)生超調(diào)。 
PID功能塊在梯形圖(程序)中應(yīng)當(dāng)注意的問題: 
1、采用PID向?qū)蒔ID功能塊; 
2、我要說一個(gè)zui簡(jiǎn)單的也是zui容易被人忽視的問題,那就是:PID功能塊的使能控制只能采用SM0.0或任何1個(gè)存儲(chǔ)器的常開觸點(diǎn)并聯(lián)該存儲(chǔ)器的常閉觸點(diǎn)這樣的斷開的觸點(diǎn)! 
筆者在以前的一個(gè)工程調(diào)試中就遇到這樣的問題:PID功能塊有時(shí)間動(dòng)作正常,有時(shí)間動(dòng)作不正常,而且不正常時(shí)發(fā)現(xiàn)PID功能塊都沒問題(PID參數(shù)正確、使能正確),就是沒有輸出。zui后查了好久,突然意識(shí)到可能是使能的問題——我在使能端串聯(lián)了啟動(dòng)/停止控制的保持繼電器,我把它改為SM0.0以后,一切正常! 
同時(shí)也明白了PID功能塊有時(shí)間動(dòng)作正常,有時(shí)間動(dòng)作不正常的原因:有時(shí)在灌入程序后保持繼電器處于動(dòng)作的狀態(tài)才不會(huì)出現(xiàn)問題,一旦停止了設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)問題——PID功能塊使能一旦斷開,工作就不會(huì)正常! 
把這個(gè)給大家說說,以免出現(xiàn)同樣失誤。 
下面是PID控制器參數(shù)整定的一般方法: 
PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn),其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn),然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行zui后調(diào)整與完善?,F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。 
PID參數(shù)的設(shè)定:是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉,參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線,從而調(diào)整P\I\D的大小。 
比例I/微分D=2,具體值可根據(jù)儀表定,再調(diào)整比例帶P,P過頭,到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng),P太短,會(huì)震蕩,永遠(yuǎn)也打不到設(shè)定要求。 
PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照: 
溫度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s; 
壓力P: P=30~70%,T=24~180s; 
液位L: P=20~80%,T=60~300s; 
流量L: P=40~100%,T=6~60s。 
書上的常用口訣: 
參數(shù)整定找*,從小到大順序查; 
先是比例后積分,zui后再把微分加; 
曲線振蕩很頻繁,比例度盤要放大; 
曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小扳; 
曲線偏離回復(fù)慢,積分時(shí)間往下降; 
曲線波動(dòng)周期長(zhǎng),積分時(shí)間再加長(zhǎng); 
曲線振蕩頻率快,先把微分降下來; 
動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng); 
理想曲線兩個(gè)波,前高后低4比1; 
一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。 
經(jīng)過多年的工作經(jīng)驗(yàn),我個(gè)人認(rèn)為PID參數(shù)的設(shè)置的大小,一方面是要根據(jù)控制對(duì)象的具體情況而定;另一方面是經(jīng)驗(yàn)。P是解決幅值震蕩,P大了會(huì)出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大,但震蕩頻率小,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng);I是解決動(dòng)作響應(yīng)的速度快慢的,I大了響應(yīng)速度慢,反之則快;D是消除靜態(tài)誤差的,一般D設(shè)置都比較小,而且對(duì)系統(tǒng)影響比較小。對(duì)于溫度控制系統(tǒng)P在5-10%之間;I在180-240s之間;D在30以下。對(duì)于壓力控制系統(tǒng)P在30-60%之間;I在30-90s之間;D在30以下。 
這里介紹一種經(jīng)驗(yàn)法。這種方法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法,它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的行之有效的方法,并在現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 
這種方法的基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù),并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行,然后人為地加入階躍擾動(dòng)(如改變調(diào)節(jié)器的給定值),觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意,則根據(jù)各整定參數(shù)對(duì)控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗(yàn),直到滿意為止。 
經(jīng)驗(yàn)法簡(jiǎn)單可靠,但需要有一定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),整定時(shí)易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí),有多個(gè)整定參數(shù),反復(fù)試湊的次數(shù)增多,不易得到*整定參數(shù)。 
下面以PID調(diào)節(jié)器為例,具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟: 
A. 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0,實(shí)際微分系數(shù)k=0,控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行,由小到大改變比例系數(shù)S1,讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化,觀察控制過程,直到獲得滿意的控制過程為止。 
B. 取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83,由小到大增加積分系數(shù)S0,同樣讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化,直至求得滿意的控制過程。 
C. 積分系數(shù)S0保持不變,改變比例系數(shù)S1,觀察控制過程有無改善,如有改善則繼續(xù)調(diào)整,直到滿意為止。否則,將原比例系數(shù)S1增大一些,再調(diào)整積分系數(shù)S0,力求改善控制過程。如此反復(fù)試湊,直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止。 
D. 引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù)k和實(shí)際微分時(shí)間TD,此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同,微分時(shí)間的整定也需反復(fù)調(diào)整,直到控制過程滿意為止。 
PID參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的慣量來確定的。大慣量如:大烘房的溫度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如:一個(gè)小電機(jī)帶一臺(tái)水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)進(jìn)行修正的。 
PID控制說明: 
在工程實(shí)際中,應(yīng)用的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能*掌握,或得不到的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)zui為方便。即當(dāng)我們不*了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 
比例(P)控制 :比例控制是一種zui簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 
積分(I)控制 :在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 
微分(D)控制 :在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。

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