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泛用 PID 使用说明

泛用 PID 使用说明. FATEK PLC. PID 说明. PID 表达式. 数字化 PID 表达式如下： Mn=(D4005/Pb)×(En)+Σ0n[ (D4005/Pb)× K i × Ts × E n ] −[(D4005/Pb)×Td×(PVn−PVn- 1) /Ts]+Bias Mn ： 〝n〞 时的控制输出量 D4005 ： 增益常数， 默认值为 1000 ； 可设定范围为 1 ～ 5000 Pb ： 比例带（ 范围： 1 ～ 5000 ， 单位为 0.1% ； Kc （ 增益） =D4005/ Pb ）

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Presentation Transcript

  1. 泛用PID使用说明 FATEK PLC

  2. PID说明

  3. PID表达式 数字化PID 表达式如下： Mn=(D4005/Pb)×(En)+Σ0n[ (D4005/Pb)× K i × Ts × E n ] −[(D4005/Pb)×Td×(PVn−PVn- 1) /Ts]+Bias Mn ： 〝n〞时的控制输出量 D4005： 增益常数， 默认值为1000； 可设定范围为1～ 5000 Pb ： 比例带（ 范围： 1～ 5000， 单位为0.1%； Kc （ 增益） =D4005/ Pb） Ki ： 积分常数（ 范围： 0～ 9999， 相当于0.00～ 99.99 Repeats/Minute） Td ： 微分时间常数（ 范围： 0～ 9999， 相当于0.00～ 99.99 Minutes） PVn ： 〝n〞时的过程变数值 PVn - 1 ： 〝n〞的上一次的过程变数值 En ： 〝n〞时的误差=设定值（ SP） −〝n〞时的过程变数值（ PVn ） Ts ： PID 运算的间隔时间（ 范围： 1～ 3000， 单位： 0.01S） Bias ： 偏置输出量（ 范围： 0～ 16383）

  4. PID运算指令 Ts ： PID 运算间隔时间 SR ：过程设定值起始缓存器号码，共占用8 个缓存器 OR ： PID 输出缓存器号码 PR ：参数设定值起始缓存器号码，共占用7 个缓存器 WR： 本指令所需使用的工作缓存器起始号码， 共占用5 个缓存器， 其它地方不可重复使用。

  5. PID程序介绍

  6. PID指令说明 当控制选择〝A/M〞=0 时， 代表手动控制模式， PID 运算不会执行。直接对输出缓存器（ OR） 写值就可以控制模拟输出量来控制程控反应。 当控制选择〝A/M〞=1 时， 代表自动控制模式， 输出缓存器（OR） 的值由PID运算而来，经由模拟量输出模块或其它界面控制程控负载来执行闭环回路过程控制。 当平顺转移〝BUM〞=1 时， 由手动控制模式转为自动控制模式时， 控制输出可平顺衔接。 当控制选择〝A/M〞=1 且执行方向〝D/R〞=1 时，过程控制为顺向PID 控制；也就是误差（ SP−PVn） 为正时， PID 运算结果的控制输出量越大； 误差为负时，PID 运算结果的控制输出量越小。 当控制选择〝A / M〞=1 且执行方向〝D/R〞=0 时， 过程控制为反向PID 控制；也就是误差（ SP−PVn） 为正时， PID 运算结果的控制输出量越小； 误差为负时，PID 运算结果的控制输出量越大。 当程控设定值或参数设定值错误时， PID 指令不会执行， 设定错误指示〝ERR〞=1。 当程控值≧ 上限设定值时， 上限警告指示〝HA〞=1。 当程控值≦ 下限设定值时， 下限警告指示〝LA〞=1。

  7. PID指令说明 PID 运算间隔时间缓存器说明： Ts： PID 运算间隔时间设定值缓存器， 单位为0.01 秒。在自动控制模式下， 每 隔所设定的间隔时间就作一次PID 运算。

  8. PID指令说明 SR+0： 经转换为工程单位后的程控值或称实际值（ Scaled Process Variable）； 也就是PID 指令会将原始模拟输入值转换为我们所熟悉的物理量。 SR+1： 设定值缓存器（ Setpoint， 简称SP）； 由用户设定所期望的过程最终稳 定值， 其为工程单位。 正确的SP 范围为： LER ≦ SP ≦ HER

  9. PID指令说明 SR+2： 上限警告设定值缓存器（ High Alarm Limit， 简称HAL）； 由用户设定,当程控值≧ 上限设定值时， 上限警告指示〝HA〞=1； 其为工程单位。 正确的HAL 范围为： LER ≦ LAL < HAL ≦ HER SR+3： 下限警告设定值缓存器（ Low Alarm Limit， 简称LAL）； 由用户设定,当程控值≦ 下限设定值时， 下限警告指示〝LA〞=1； 其为工程单位。 正确的LAL 范围为： LER ≦ LAL < HAL ≦ HER SR+4：程控最大工程值缓存器（ High Engineering Range，简称HER）；由用户设定,当原始模拟输入值为最大时所对应的实际最大物理量。 正确的HER 范围为： −9999 < HER ≦ 19999 SR+5： 程控最小工程值缓存器（ Low Engineer ing Range， 简称LER）； 由用户设定,当原始模拟输入值为最小时所对应的实际最小物理量。 正确的LER 范围为： −9999 ≦ LER ≦ LAL < HAL ≦ HER

  10. PID指令说明 SR+6： 原始模拟输入值缓存器（ Raw Analog Measurement， 简称RAM）；用户将模拟输入缓存器（ R3840～ R3903） 所测量到的过程变数值根据需要加上偏差值后存放到此。 正确的RAM 范围为： 0 ≦ RAM ≦ 16380 (14 位格式， 有效12 位)0 ≦ RAM ≦ 16383 (14 位格式， 有效14 位)模拟量输入为14 位格式， 其有效位数可由缓存器D4004 指定 D4004=0， 代表有效12 位； D4004=1， 代表有效14 位 SR+7： 原始模拟量输入偏差值缓存器（Offset of Process Var iable，简称OPV）。用户所使用传感器的模拟量测量界面如与模拟量输入模块所提供界面完全吻合， 则OPV 的值必须设定为0； 如用户使用4～ 20mA 等有偏移量的传感器，而模拟量输入模块没有提供偏移模式而只提供0～ 20mA 界面时， 可设定OPV 的值为3276（ 16383×4 / 20 = 3276）。 正确的OPV 范围为： 0 ≦ OPV < 16383 当上述程控设定值不在正确设定范围内时，PID 指令不会执行，设定错误指示〝ERR〞=1。

  11. PID程序介绍

  12. PID指令说明 PID 输出缓存器使用说明： OR： 手动控制模式时， PID 运算不会执行。直接设定输出缓存器（ OR） 的值就可以控制模拟输出量以控制程控反应。 自动控制模式时， 输出缓存器（ OR） 的值是根据设定值与实际值的误差经由PID 运算而得出的控制输出量。 正确的OR 范围为： 0 ≦ OR ≦ 16383

  13. PID指令说明 参数设定值缓存器说明： PR+0： 比例带设定值缓存器，比例带调整越小，即增益越大， 对输出贡献越大， 可得到较快且灵敏的控制反应。正确的比例带范围为： 1 ≦ Pb ≦ 5000， 单位为0.1% Kc（ 增益） =D4005 / Pb； D4005 默认值为1000， 可设范围为1～ 5000 PR+1： 积分常数( 积分时间常数的倒数， Ki=1/Ti ) 设定值缓存器，积分项可用来消除程控反应的稳态误差。积分常数调整越大， 对输出贡献越大。当有稳态误差时， 可调高积分常数， 以减少稳态误差。积分常数=0 时， 积分项无作用。 正确的积分常数范围为： 0 ≦ Ki ≦ 9999 ， 0.00 ～ 99.99Repeats/Minute 例如积分时间常数设定为5 分钟， 则Ki=1/Ti=100/5=20 ， 也就是0.2Repeat/Minute。 PR+2： 微分时间常数设定值缓存器，微分项可用来让程控反应较平顺， 不会造成过度超越。微分常数调整越大， 对输出贡献越大， 当有过度超越时， 可调高微分常数， 以减少超越量。微分项对程控反应相当灵敏， 大部分的应用不必使用微分项， 而将其设定为0。微分时间常数=0 时， 微分项无作用。 正确的微分常数范围为： 0 ≦ Td ≦ 9999， 0.00～ 99.99 Minutes 如已知微分时间为1 分钟，则Td=100；如微分时间为2 分钟，则Td=200

  14. PID指令说明 PR+3： 输出偏置设定缓存器（ Bias）； 当PI 或PID 程控时， 如需加上偏置输出时可设定此值。大部分的应用不必使用偏置输出， 而将其设定为0。当只有比例控制时（ Ti=0，Td=0），为了消除稳态误差，有需要设定偏置值。正确的偏置值范围为： 0 ≦ Bias ≦ 16383 PR+4： 输出上限设定缓存器（ High Wind_up Limit，简称HWL）；用户可以根据程控反应对输出量作限制， 使输出量不会过大。大部分的应用都不必作输出限制， 而将其设定为16383。 正确的上限设定范围为： 1 ≦ HWL ≦ 16383 PR+5： 输出下限设定缓存器（ Low Wind_up Limit， 简称LWL）； 用户可以根据程控反应对输出量作限制， 使输出量不会过小。大部分的应用都不必作输出限制， 而将其设定为0。 正确的下限设定范围为： 0 ≦ LWL ≦ 16383 PR+6： PID 方法选择缓存器（ PID Method）；=0 , 标准PID 方法；=1 , 最小超越法； 大部分的应用为PI（ Td=0） 控制， 建议选择Method 0。当使用PID 控制时， 如控制结果不是很稳定时， 可试Method 1 方法。 当上述参数设定值不在正确设定范围内时，PID 指令不会执行，设定错误指示〝ERR〞=1。

  15. PID程序介绍

  16. PID指令说明 工作缓存器说明： WR+0： B0=0， 手动控制模式；B0=1， 自动控制模式 B1=1， 完成PID 运算， ON 一个扫描时间 B2=1， 平顺转移 B4=1， 〝ERR〞=1 B5=1， 〝HA〞=1 B6=1， 〝LA〞=1 WR+1～WR+4： 系统内部使用。

  17. PID调节一般步骤 一般步骤： a. 确定比例增益 P 确定比例增益 P 时，首先去掉 PID 的积分项和微分项，一般是令 Ti=0 、 Td=0 （具 体 见 PID 的参数设定说明），使 PID 为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的 60%~70% ， 由 0 逐渐加大比例增益 P ，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益 P 逐渐减小， 直 至系统振荡消失，记录此时的比例增益 P ，设定 PID 的比例增益 P 为当前值的 60%~70% 。比 例 增益 P 调试完成。 b. 确定积分时间常数 Ti 比例增益 P 确定后，设定一个较大的积分时间常数 Ti 的初值，然后逐渐减小 Ti ，直 至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大 Ti ，直至系统振荡消失。记录此时的 Ti ，设定 P ID 的积分时间常数 Ti 为当前值的 150%~180% 。积分时间常数 Ti 调试完成。 c. 确定微分时间常数 Td 积分时间常数 Td 一般不用设定，为 0 即可。若要设定，与确定 P 和 Ti 的方法相同， 取不振荡时的 30% 。 d. 系统空载、带载联调，再对 PID 参数进行微调，直至满足要求。

  18. PID调节 当振荡曲线，频率高的时候，应当放大比例系数K。 当振荡曲线，频率低的时候，应当减小比例系数K。 当振荡曲线，趋向于稳态的时候，如果偏离回复慢，则应减小积分的时间。 当振荡曲线，趋向于稳态的时候，如果波动周期长，则应当增加积的时间。 当振荡曲线，固有振荡频率高的话，则应当减小微分时间。 当振荡曲线，振荡幅值大，固有频率低的话，则应当增加微分时间。

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