西門(mén)子PLCsmart200-PID 自動(dòng)/手動(dòng)調節的無(wú)擾動(dòng)切換

PID 自動(dòng)/手動(dòng)調節的無(wú)擾動(dòng)切換

有些工程項目中可能需要根據工藝要求在不同的時(shí)刻投入、或者退出 PID 自動(dòng)控制；退出 PID 自動(dòng)控制時(shí)，控制器的輸出部分可以由操作人員直接手動(dòng)控制。這就是所謂的 PID 手動(dòng)/自動(dòng)切換。

PID 控制處于自動(dòng)方式時(shí)，PID 控制器（S7-200 SMART 中的 PID 調節功能）會(huì )按照 PID 算法，自動(dòng)通過(guò)輸出的作用使過(guò)程反饋值跟隨給定值變化，并保持穩定。這是一個(gè)自動(dòng)的閉環(huán)控制系統。操作人員可以根據現場(chǎng)工藝的要求，改變給定（即設定值）的值。

PID 控制處于手動(dòng)方式時(shí)，PID 控制器不再起自動(dòng)計算的作用。這時(shí)，控制回路的輸出是由操作人員手動(dòng)控制、調整，由操作人員觀(guān)察現場(chǎng)的控制效果，從而構成人工閉環(huán)控制。

 所謂 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制，就是看控制系統的輸出是由 PID 控制器自動(dòng)控制，還是由操作人員手動(dòng)控制。

有些控制系統的執行機構不能承受較大的沖擊，這就要求在進(jìn)行 PID 自動(dòng)/手動(dòng)切換時(shí)，保持控制輸出的穩定。這就是要求無(wú)擾動(dòng)切換。

為了達到 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制的無(wú)擾動(dòng)切換，需要在編程時(shí)注意一些相關(guān)事項。下面分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向導編程兩種情況作一介紹。

1.直接使用 PID 指令編程時(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

直接使用 PID 指令塊編寫(xiě) PID 控制程序時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用“調用/不調用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。因為 PID 指令本身已經(jīng)具有實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換的能力，此時(shí)在 PID 指令控制環(huán)節之外編程沒(méi)有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能（為“1”）時(shí)，我們認為是自動(dòng)控制模式；EN 輸入端未使能（為“0”）時(shí)，我們認為是手動(dòng)控制模式。

PID 指令本身有一個(gè)“能流歷史狀態(tài)位”，以記錄指令的狀態(tài)切換。在 EN 端從“0”變?yōu)椤薄?”時(shí)，PID 指令認為這是從“手動(dòng)”模式向“自動(dòng)”模式切換。PID 指令此時(shí)會(huì )自動(dòng)執行一系列動(dòng)作，以配合無(wú)擾動(dòng)切換：

• 使設定值（ SPn） = 當前過(guò)程反饋變量（PVn）
• 設置上次采樣過(guò)程變量（PVn-1） = 當前過(guò)程反饋變量（PVn）
• 設置積分偏差和（或所謂積分前項）（Mx） = 當前輸出值（Mn）

使設定值等于當前反饋值可以避免出現偏差，使之不存在調整的要求；當然如果有工藝要求，也可以后續調整設定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續的操作中不改變輸出的值。

在編程時(shí)要注意：

• 從自動(dòng)模式向手動(dòng)模式切換時(shí)，PID 指令的 EN 端不再有能流，計算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時(shí)如果需要操作人員人工觀(guān)察控制的結果，手動(dòng)控制輸出量，就可以通過(guò)用戶(hù)程序直接改變回路表中的輸出值存儲單元內容（見(jiàn)數據塊或系統手冊的相關(guān)部分內容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標準化換算。
• 為保證從手動(dòng)模式向自動(dòng)模式的切換無(wú)擾動(dòng)，需要在手動(dòng)控制時(shí)，或在切換過(guò)程中，禁止對 PID 回路表中設定值的更新，以便切換時(shí) PID 指令用當前過(guò)程反饋值替代設定值。切換完成后，操作人員可以調整設定值。

2.使用 PID 向導編程時(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

使用 PID 指令向導編程時(shí)，指令向導會(huì )自動(dòng)調用 PID 指令，并且編寫(xiě)外圍的控制變量標準化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶(hù)在使用 PID 指令向導時(shí)，需要在用戶(hù)程序中用 SM0.0 調用指令向導生成的子程序（如 PIDx_CTRL 子程序）。PID 向導可以生成帶自動(dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序，這個(gè)子程序使用一個(gè)數字量點(diǎn)為“1”、“0”的狀態(tài)來(lái)控制是否投入 PID 自動(dòng)控制。

 到目前為止（STEP 7-Micro/WIN SMART），使用 PID 向導生成的子程序時(shí)，由于用戶(hù)程序不能直接使用 PID 指令，它的無(wú)擾切換能力因為隔了外殼子程序，所以受到了局限。如果對無(wú)擾切換要求比較嚴格，需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控制子程序。

圖 1. PID 向導生成的指令

圖中：

1. 過(guò)程反饋量
2. 設定值，實(shí)數
3. 自動(dòng)/手動(dòng)控制，“1”=自動(dòng)，“0”=手動(dòng)
4. 手動(dòng)控制輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個(gè)實(shí)數
5. PID 控制輸出值

要實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換，必須：

• 在從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值（VD2004）等于當前的實(shí)際控制輸出值；
• 在從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，使設定值相當于當前的過(guò)程反饋值。

為此，可編寫(xiě)類(lèi)似下圖所示的程序，放在 PID 控制子程序之前：

圖 2. 無(wú)擾切換處理程序

圖中：

1. 自動(dòng)/手動(dòng)切換控制點(diǎn)
2. 從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值等于實(shí)際當前值
3. 從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，把當前反饋量換算為相應的給定值

 上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫中的子程序，如何將該指令庫導入到Micro/WIN SMART 中可參見(jiàn)如何將Micro/WIN 的庫文件導入到Micro/WIN SMART中。這是為了解決過(guò)程反饋與設定值之間的換算問(wèn)題。用戶(hù)也可以自己編程換算，或者根據反饋與給定的取值范圍決定是否需要換算。

為了更好地理解 PID向導的自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換的使用，可參考下面的例程。

使用環(huán)境： STEP 7 Micro/WIN SMART V2.3.2

實(shí)現功能： PID向導的自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

 PID向導自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

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本例程僅供參考，程序中的CPU版本、類(lèi)型可能與用戶(hù)實(shí)際使用不同，用戶(hù)可能需要先對例子程序做修改和調整，才能將其用于測試。本例程的作者和擁有者對于該例程的功能性和兼容性不負任何責任，使用該例程的風(fēng)險完全由用戶(hù)自行承擔。由于它是免費的，所以不提供任何擔保，錯誤糾正和熱線(xiàn)支持，用戶(hù)不必為此聯(lián)系西門(mén)子技術(shù)支持與服務(wù)部門(mén)。