PID_Temp 指令介绍

PID_Temp 提供了集成自整定功能的连续 PID 控制器。PID_Temp 专为温度控制而设计，适用于加热或加热/制冷应用。 为此提供了两路输出，分别用于加热和制冷。

PID_Temp 还可以用于其它控制任务。PID_Temp 可以级联，可以在手动或自动模式下使用。

PID_Temp 提供了自整定比例、积分和微分参数的功能。

PID_Temp 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。

PID 算法方框图如图 1 所示：

图 1. PID_Temp 算法方框图

PID 算法根据如图 2 所示公式工作（不激活控制区和死区功能的情况），参数详见表 1 所示。

图 2. 计算公式

符号 说明 PID_Temp 指令的关联参数
y PID 算法的输出值  
Kp 比例增益 Retain.CtrlParams.Heat.Gain
Retain.CtrlParams.Cool.Gain
CoolFactor
s 拉普拉斯运算符  
b 比例作用权重 Retain.CtrlParams.Heat.PWeighting
Retain.CtrlParams.Cool.PWeighting
w 设定值 CurrentSetpoint
x 过程值 ScaledInput
TI 积分作用时间 Retain.CtrlParams.Heat.Ti
Retain.CtrlParams.Cool.Ti
TD 微分作用时间 Retain.CtrlParams.Heat.Td
Retain.CtrlParams.Cool.Td
a 微分作用延迟系数
（微分延迟 TI = a × TD）		 Retain.CtrlParams.Heat.TdFiltRatio
Retain.CtrlParams.Cool.TdFiltRatio
c 微分作用权重 Retain.CtrlParams.Heat.DWeighting
Retain.CtrlParams.Cool.DWeighting
DeadZone 死区宽度 Retain.CtrlParams.Heat.DeadZone
Retain.CtrlParams.Cool.DeadZone
ControlZone 控制区宽度 Retain.CtrlParams.Heat.ControlZone
Retain.CtrlParams.Cool.ControlZone

表 1. PID 参数

比例增益

积分作用时间

微分作用时间

微分延迟系数

比例作用权重

微分作用权重

PID_Temp 指令视图

PID 指令块的参数分为两部分，输入参数与输出参数。其指令块的视图分为扩展视图与集成视图，在不同的视图下所能看见的参数是不一样的，如图 3 所示。

图 3. 集成视图和扩展视图

输入输出参数介绍

PID_Temp 的输入参数包括 PID 的设定值，过程值，手自动切换，故障确认，模式切换和 PID 重启等参数，如表 2 所示：

参数 数据类型 说明
Setpoint Real
PID 控制器在自动模式下的设定值
Input Real
PID 控制器的反馈值（工程量）
Input_PER Int
PID 控制器的反馈值（模拟量）
Disturbance Real
扰动变量或预控制值
ManualEnable Bool
  • 出现 FALSE -> TRUE 上升沿时会激活“手动模式”，与当前 Mode 的数值无关。
  • 当 ManualEnable = TRUE，无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。
  • 出现 TRUE -> FALSE 下降沿时会激活由 Mode 指定的工作模式。
ManualValue Real

该值在手动模式下使用，用作 PID 输出值（PidOutputSum）。标定后的输出值取决于输出标定的设置。

当激活制冷输出时：

  • 正的手动值对应加热输出值
  • 负的手动值对应制冷输出值

取值范围必须满足：

  • 当禁用制冷输出时： Config.Output.Heat.PidUpperLimit ≥ ManualValue ≥ Config.Output.Heat.PidLowerLimit
  • 当激活制冷输出时： Config.Output.Heat.PidUpperLimit ≥ ManualValue ≥ Config.Output.Cool.PidLowerLimit
ErrorAck Bool
FALSE -> TRUE 上升沿时，错误确认，清除已经离开的错误信息。
Reset Bool
  • 重新启动控制器：
    • FALSE -> TRUE 上升沿， 切换到"未激活"模式，同时复位 ErrorBits 和 Warnings，清除积分作用（保留 PID 参数） 。
    • 只要 Reset = TRUE，PID_Temp 便会保持在"未激活"模式下 (State = 0)。
    • TRUE -> FALSE 下降沿，PID_Temp 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。
ModeActivate Bool
FALSE -> TRUE 上升沿，PID_Temp 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。

表 2. 输入参数

PID_Temp 的输出参数包括 PID 的加热和制冷输出值（REAL、模拟量、PWM），标定的过程值，限位报警（设定值、过程值），PID 的当前工作模式，错误状态及错误代码，如表 3 所示：

参数 数据类型 说明
ScaledInput Real
标定的过程值
OutputHeat Real
PID 的加热输出值 （REAL 形式）
OutputCool Real
PID 的制冷输出值 （REAL 形式）
OutputHeat_PER Int
PID 的加热输出值（模拟量）
OutputCool_PER Int
PID 的制冷输出值（模拟量）
OutputHeat_PWM Bool
PID 的加热输出值（脉宽调制）
OutputCool_PWM Bool
PID 的制冷输出值（脉宽调制）
SetpointLimit_H Bool
如果 SetpointLimit_H = TRUE，则说明达到了设定值的绝对上限 (Setpoint ≥ Config.SetpointUpperLimit) 或者
Setpoint ≥ Config.InputUpperLimit。
设定值上限是 Config.SetpointUpperLimit 和 Config.InputUpperLimit 中的较小值。
SetpointLimit_L Bool
如果 SetpointLimit_L = TRUE，则说明已达到设定值的绝对下限 (Setpoint ≤ Config.SetpointLowerLimit) 或者
Setpoint ≤ Config.InputLowerLimit。
设定值下限是 Config.SetpointLowerLimit 和 Config.InputLowerLimit 中的较大值。
InputWarning_H Bool
如果 InputWarning_H = TRUE，则说明过程值已达到或超出警告上限 (ScaledInput ≥ Config.InputUpperWarning)。
InputWarning_L Bool
如果 InputWarning_L  = TRUE，则说明过程值已达到或低于警告下限 (ScaledInput ≤ Config.InputLowerWarning)。
State Int
State 参数显示了 PID 控制器的当前工作模式。 可使用输入参数 Mode 和 ModeActivate 处的上升沿更改工作模式。
  • State = 0：未激活
  • State = 1：预调节
  • State = 2：精确调节
  • State = 3：自动模式
  • State = 4：手动模式
  • State = 5：带错误监视的替代输出值
Error Bool
如果 Error = TRUE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。
ErrorBits DWord
ErrorBits 参数显示了处于未决状态的错误消息。 ErrorBits 具有保持性，通过 Reset 或 ErrorAck 的上升沿来复位。

表 3. 输出参数

注意：

  1. 若 PID 控制器未正常工作，请先检查 PID 的输出状态 State 来判断 PID 的当前工作模式，并检查错误信息。
  2. 当错误出现时 Error = 1，错误离开后 Error = 0，ErrorBits 会保留错误信息。可通过编程清除错误离开后 ErrorBits 保留的错误信息。

PID_Temp 的输入输出参数如表 4 所示：

参数 数据类型 说明
Mode Int
指定 PID_Temp 将转换到的工作模式，具有断电保持特性，由信号边沿触发：
  • Mode = 0：未激活
  • Mode = 1：预调节
  • Mode = 2：精确调节
  • Mode = 3：自动模式
  • Mode = 4：手动模式
工作模式由以下参数激活：
  • 当 ManualEnable = FALSE 时，在 ModeActivate 的上升沿，会激活由 Mode 指定的工作模式
  • 当 ManualEnable = FALSE 时，在 Reset 的下降沿，会激活由 Mode 指定的工作模式
  • 在 ManualEnable 的下降沿，会激活由 Mode 指定的工作模式
  • 如果 RunModeByStartup = TRUE，则在重新启动 CPU 后，会激活由 Mode 指定的工作模式
对于预调节和精确调节，通过 Heat.EnableTuning 和 Cool.EnableTuning 指定针对的是加热还是制冷进行调节。

Master DWord

级联控制的接口

如果是作为级联中的从控制器 (Config.Cascade.IsSlave = TRUE)，则把对应的主控制器的 Slave 参数分配分配从控制器的 Master 参数。
使用此接口与主控制器交换关于从控制器的工作模式、限值和替代设定值的信息。
注意，在同一个循环中断 OB 中，必须先调用主控制器，再调用从控制器。

各个位的功能：

  • 位 0 至 15：未使用
  • 位 16 至 23：限值计数器：
    输出值受限制的从控制器会使此计数器递增。 主控制器将根据已组态的从控制器数 (Config.Cascade.CountSlaves) 和抗积分饱和模式 (Config.Cascade.AntiWindUpMode) 作出相应反应。
  • 位 24：从控制器的自动模式： 如果所有从控制器均处于自动模式，则为 TRUE
  • 位 25：从控制器的替代设定值： 如果从控制器已激活替代设定值 (SubstituteSetpointOn = TRUE)，则为 TRUE
Slave DWord

级联控制的接口

使用此接口与主控制器交换关于从控制器的工作模式、限值和替代设定值的信息。

表 4. 输入输出参数

注意：

当 ManualEnable = TRUE，无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。

当 PID 出现错误时，通过查询 ErrorBits 获得 PID 的错误信息，如表 5 所示。

错误代码（DW#16#） 说明
00000000
没有任何错误
00000001
参数 "Input" 超出了过程值限值的范围，正常范围应为 Config.InputLowerLimit < Input < Config.InputUpperLimit 。
00000002
参数 "Input_PER" 的值无效。请检查模拟量输入是否有处于未决状态的错误。
00000004
精确调节期间出错。过程值无法保持振荡状态。
00000008
预调节启动时出错。过程值过于接近或大于设定值。启动精确调节。
00000010
调节期间设定值发生更改。可在 CancelTuningLevel 变量中设置允许的设定值波动。
00000020
精确调节期间不允许预调节。
00000040
预调节期间出错。制冷无法减小过程值。
00000100
精确调节期间的错误导致生成无效参数。
00000200
参数 "Input"的值无效：值的数字格式无效。
00000400
输出值计算失败。请检查 PID 参数。
00000800
采样时间错误：循环中断 OB 的采样时间内没有调用 PID_Temp。
00001000
参数 "Setpoint"或 "SubstituteSetpoint"的值无效，值的数字格式无效。
00010000
ManualValue 参数的值无效，值的数字格式无效。
00020000
变量 SubstituteOutput 的值无效，值的数字格式无效。这时，PID_Temp 使用输出值下限作为输出值。
00040000
Disturbance 参数的值无效，值的数字格式无效。
00200000
级联中的主控制器出错：Slaves 未处于自动模式，或已激活替代设定值，妨碍了主控制器的调节。
00400000
在制冷过程处于激活状态时不允许对加热过程进行预调节。
00800000
过程值必须接近设定值才能启动预调节制冷。
01000000
调节启动时出错：Heat.EnableTuning 和 Cool.EnableTuning 未设置或与组态不匹配。
02000000
预调节制冷出错：要求已经成功完成预调节加热。
04000000
启动精确调节时出错：Heat.EnableTuning 和 Cool.EnableTuning 不能同时设置。
08000000
计算 PID 参数时出错，导致生成无效的参数。无效参数被丢弃，原始 PID 参数保持不变。

表 5. 错误代码定义

注意：如果多个错误同时处于待决状态，将通过二进制加法显示 ErrorBits 的值。 例如，显示 ErrorBits = 00000003H 表示错误 00000001H 和 00000002H 同时处于待决状态。