西门子S7-300系列PLC的PID功能块的应用经验

1、可以在软件中进行自动整定； 
2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是的，就需要手动凭经验来进行整定。P参数过小，达到动态平衡的时间就会太长；P参数过大，就容易产生超调。 
PID功能块在梯形图（程序）中应当注意的问题： 
1、采用PID向导生成PID功能块； 
2、我要说一个zui简单的也是zui容易被人忽视的问题，那就是：PID功能块的使能控制只能采用SM0.0或任何1个存储器的常开触点并联该存储器的常闭触点这样的断开的触点！ 
笔者在以前的一个工程调试中就遇到这样的问题：PID功能块有时间动作正常，有时间动作不正常，而且不正常时发现PID功能块都没问题（PID参数正确、使能正确），就是没有输出。zui后查了好久，突然意识到可能是使能的问题——我在使能端串联了启动/停止控制的保持继电器，我把它改为SM0.0以后，一切正常！ 
同时也明白了PID功能块有时间动作正常，有时间动作不正常的原因：有时在灌入程序后保持继电器处于动作的状态才不会出现问题，一旦停止了设备就会出现问题——PID功能块使能一旦断开，工作就不会正常！ 
把这个给大家说说，以免出现同样失误。 
下面是PID控制器参数整定的一般方法： 
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行zui后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 
PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整P\I\D的大小。 
比例I/微分D=2，具体值可根据仪表定，再调整比例带P，P过头，到达稳定的时间长，P太短，会震荡，永远也打不到设定要求。 
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照： 
温度T：P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s； 
压力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。 
书上的常用口诀： 
参数整定找*，从小到大顺序查； 
先是比例后积分，zui后再把微分加； 
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大； 
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳； 
曲线偏离回复慢，积分时间往下降； 
曲线波动周期长，积分时间再加长； 
曲线振荡频率快，先把微分降下来； 
动差大来波动慢。微分时间应加长； 
理想曲线两个波，前高后低4比1； 
一看二调多分析，调节质量不会低。 
经过多年的工作经验，我个人认为PID参数的设置的大小，一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验。P是解决幅值震荡，P大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长；I是解决动作响应的速度快慢的，I大了响应速度慢，反之则快；D是消除静态误差的，一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。对于温度控制系统P在5-10%之间；I在180-240s之间；D在30以下。对于压力控制系统P在30-60%之间；I在30-90s之间；D在30以下。 
这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。 
这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节器参数，并将系统投入闭环运行，然后人为地加入阶跃扰动（如改变调节器的给定值），观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意，则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验，直到满意为止。 
经验法简单可靠，但需要有一定现场运行经验，整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时，有多个整定参数，反复试凑的次数增多，不易得到*整定参数。 
下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤： 
A. 让调节器参数积分系数S0=0，实际微分系数k=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数S1，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程为止。 
B. 取比例系数S1为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数S0，同样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。 
C. 积分系数S0保持不变，改变比例系数S1，观察控制过程有无改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数S1增大一些，再调整积分系数S0，力求改善控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。 
D. 引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD，此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。 
PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如：大烘房的温度控制，一般P可在10以上，I=3-10，D=1左右。小惯量如：一个小电机带一台水泵进行压力闭环控制，一般只用PI控制。P=1-10，I=0.1-1，D=0，这些要在现场调试时进行修正的。 
PID控制说明： 
在工程实际中，应用的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能*掌握，或得不到的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术zui为方便。即当我们不*了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 
比例（P）控制 ：比例控制是一种zui简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 
积分（I）控制 ：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 
微分（D）控制 ：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。