PID自整定

PID自整定

新的S7-200 CPU支持PID自整定功能，在STEP 7-Micro/WIN V4.0中也添加了PID调节控制面板。

用户可以使用用户程序或PID调节控制面板来启动自整定功能。在同一时间最多可以有8个PID回路同时进行自整定。PID调节控制面板也可以用来手动调试老版本的（不支持PID自整定）CPU的PID控制回路。

用户可以根据工艺要求为调节回路选择快速响应、中速响应、慢速响应或极慢速响应。PID自整定会根据响应类型而计算出最优化的比例、积分、微分值，并可应用到控制中。

PID调节控制面板

STEP 7-Micro/WIN V4.0中提供了一个PID调节控制面板，可以用图形方式监视PID回路的运行，另外从面板中还可以启动、停止自整定功能。

图1. PID调节控制面板

在图1中：

1. 过程值指示
   显示过程变量的值及其棒图
2. 当前的输出值指示
   显示当前使用的设定值、采样时间、PID 参数值及显示当前的输出值和棒图
3. 可显示过程值、设定值及输出值的PID趋势图
   
   图2. 图形显示区

图中：

1. 过程变量和设定值的取值范围及刻度
2. PID输出的取值范围及刻度
3. 实际PC时间
4. 以不同颜色表示的设定值、过程变量及输出的趋势图
5. 调节参数
   这里你可以：
6. 选择PID参数的显示：当前参数（Current）、推荐参数（Suggested）、手动输入（Manual)
7. 在Manual模式下，可改变PID参数，并按Update PLC按钮来更新PLC中的参数
8. 启动PID自整定功能
9. 选择Advanced（高级）按钮进入高级参数设定
10. 当前的PID回路号
    这里你可以选择需要监视或自整定的PID回路
11. 时间选项设定
    这里你可以设定趋势图的时基，时基以分为单位
12. 图例颜色
    这里你可以看到趋势图中不同的颜色代表不同的值的趋势
13. 帮助按钮
14. PID信息显示窗口
15. 关闭PID调节面板

要使用PID调节控制面板，PID编程必须使用PID向导完成。

PID自整定步骤

第一步：在PID Wizard (向导）中完成PID功能配置

要想使用PID自整定功能，PID编程必须用PID向导来完成

第二步：打开PID调节控制面板，设置PID回路调节参数

在Micro/WIN V4.0在线的情况下，从主菜单Tools > PID Tune Control Panel或点击进入PID调节控制面板中，如果面板没有被激活（所有地方都是灰色），可点击Configure（配置）按钮运行CPU。

在PID调节面板的e.区选择要调节的PID回路号，在d.区选择Manual（手动），调节PID参数并点击Update（更新），使新参数值起作用，监视其趋势图，根据调节状况改变PID参数直至调节稳定。

为了使PID自整定顺利进行，应当做到：

• 使PID调节器基本稳定，输出、反馈变化平缓，并且使反馈比较接近给定
• 设置合适的给定值，使PID调节器的输出远离趋势图的上、下坐标轴，以免PID自整定开始后输出值的变化范围受限制

参见：手动调整PID回路参数

第三步：在d.区点击Advanced（高级）按钮，设定PID自整定选项。如果不是很特殊的系统，也可以不加理会。

图3. 设置PID自整定高级选项

在此允许你设定下列参数：

1. 你可以选中复选框，让自整定来自动计算死区值和偏移值

对于一般的PID系统，建议使用自动选择。

1. Hysteresis（滞回死区）：
   死区值规定了允许过程值偏离设定值的最大（正负）范围，过程反馈在这个范围内的变化不会引起PID自整定调节器改变输出，或者使PID自整定调节器“认为”这个范围内的变化是由于自己改变输出进行自整定调节而引起的。PID自整定开始后，只有过程反馈值超出了该区域，PID自整定调节器才会认为它对输出的改变发生了效果。这个值用来减少过程变量的噪声对自整定的干扰，从而更精确地计算出过程系统的自然振动频率。如果选用自动计算，则缺省值为2％。
   如果过程变量反馈干扰信号较强（噪声大）自然变化范围就大，可能需要人为设置一个较大的值。但这个值的改变要与下面的偏差值保持1:4的关系。
2. Deviation（偏差）：
   偏差值决定了允许过程变量偏离设定值的峰峰值。如果选择自动计算该值，它将是死区的4倍，即8％。
   有些非常敏感的系统不允许过程量偏离给定值很多，也可以人工设置为比较小的值，但是要和上述“死区”设置保持比例关系。这就是说，一个精度要求高的系统，其反馈信号必须足够稳定。
3. Initial Output Step（初始步长值）：PID调节的初始输出值
   PID自整定开始后，PID自整定调节器将主动改变PID的输出值，以观察整个系统的反应。初始步长值就是输出的变动第一步变化值，以占实际输出量程的百分比表示。
4. Watchdog Time（看门狗时间）：过程变量必须在此时间（时基为秒）内达到或穿越给定值，否则会产生看门狗超时错误。
   PID自整定调节器在改变输出后，如果超过此时间还未观察到过程反馈（从下至上或从上至下）穿越给定曲线，则超时。如果能够事先确定实际系统响应非常慢，可以加长这个时间。
5. 动态响应选项：根据回路过程（工艺）的要求可选择不同的响应类型：快速、中速、慢速、极慢速

• 快速：可能产生超调，属于欠阻尼响应
• 中速：在产生超调的边缘，属于临界阻尼响应
• 慢速：不会产生任何超调，属于过阻尼响应
• 极慢速：不会产生任何超调，属于严重过阻尼响应

用户在这里指定需要达到的系统控制效果，而不是对系统本身响应快慢的判断。

1. 设定完参数点击OK键回到PID调节控制面板的主画面

第四步：在手动将PID调节到稳定状态后，即过程值与设定值接近，且输出没有不规律的变化，并最好处于控制范围中心附近。此时可点击d.区内的Start Auto Tune按钮启动PID自整定功能，这时按钮变为Stop Auto Tune。这时只需耐心等待，系统完成自整定后会自动将计算出的PID参数显示在d.区。当按钮再次变为Start Auto Tune时，表示系统已经完成了PID自整定。

要使用自整定功能，必须保证PID回路处于自动模式。开始自整定后，给定值不能再改变。

第五步：如果用户想将PID自整定的参数应用到当前PLC中，则只需点击Update PLC。

完成PID调整后，最好下载一次整个项目（包括数据块），使新参数保存到CPU的EEPROM中。

PID自整定失败的原因

1. PID输出在最大值与最小值之间振荡（曲线接触到坐标轴）

解决方法：降低PID初始输出步长值（initial output step）

1. 经过一段时间后，PID自整定面板显示如下信息：“ The Auto Tune algorithm was aborted due to a zero-crossing watchdog timeout.” 即自整定计算因为等待反馈穿越给定值的看门狗超时而失败。
   解决方法： 确定在启动PID自整定前，过程变量和输出值已经稳定。并检查Watchdog Time的值，将其适当增大。

对于其它错误，可参考手册中表15－3中的错误代码的描述。

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