西門子PLCsmart200-PID 自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)擾動(dòng)切換

PID 自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)擾動(dòng)切換

有些工程項(xiàng)目中可能需要根據(jù)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(diào)節(jié)功能）會(huì)按照 PID 算法，自動(dòng)通過輸出的作用使過程反饋值跟隨給定值變化，并保持穩(wěn)定。這是一個(gè)自動(dòng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，改變給定（即設(shè)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(jì)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(diào)整，由操作人員觀察現(xiàn)場(chǎng)的控制效果，從而構(gòu)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(tǒng)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(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(wěn)定。這就是要求無(wú)擾動(dòng)切換。

為了達(dá)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(xiàng)。下面分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向?qū)Ь幊虄煞N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 PID 控制程序時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用“調(diào)用/不調(diào)用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。因?yàn)?PID 指令本身已經(jīng)具有實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換的能力，此時(shí)在 PID 指令控制環(huán)節(jié)之外編程沒有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能（為“1”）時(shí)，我們認(rèn)為是自動(dòng)控制模式；EN 輸入端未使能（為“0”）時(shí)，我們認(rèn)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(rèn)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(zhí)行一系列動(dòng)作，以配合無(wú)擾動(dòng)切換：

• 使設(shè)定值（ SPn） = 當(dāng)前過程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置上次采樣過程變量（PVn-1） = 當(dāng)前過程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置積分偏差和（或所謂積分前項(xiàng)）（Mx） = 當(dāng)前輸出值（Mn）

使設(shè)定值等于當(dāng)前反饋值可以避免出現(xiàn)偏差，使之不存在調(diào)整的要求；當(dāng)然如果有工藝要求，也可以后續(xù)調(diào)整設(shè)定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續(xù)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(jì)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察控制的結(jié)果，手動(dòng)控制輸出量，就可以通過用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲(chǔ)單元內(nèi)容（見數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)手冊(cè)的相關(guān)部分內(nèi)容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)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)，或在切換過程中，禁止對(duì) PID 回路表中設(shè)定值的更新，以便切換時(shí) PID 指令用當(dāng)前過程反饋值替代設(shè)定值。切換完成后，操作人員可以調(diào)整設(shè)定值。

2.使用 PID 向?qū)Ь幊虝r(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

使用 PID 指令向?qū)Ь幊虝r(shí)，指令向?qū)��?huì)自動(dòng)調(diào)用 PID 指令，并且編寫外圍的控制變量標(biāo)準(zhǔn)化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向?qū)�時(shí)，需要在用戶程序中用 SM0.0 調(diào)用指令向?qū)�生成的子程序（�?PIDx_CTRL 子程序）。PID 向?qū)Э梢陨�成帶自�?dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序，這個(gè)子程序使用一個(gè)數(shù)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?qū)�生成的子程序時(shí)，由于用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無(wú)擾切換能力因?yàn)楦袅送鈿ぷ映绦颍�所以受到了局限。如果�?duì)無(wú)擾切換要求比較嚴(yán)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?qū)�生成的指�?

圖中：

1. 過程反饋量
2. 設(shè)定值，實(shí)數(shù)
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(shù)
5. PID 控制輸出值

要實(shí)現(xiàn)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(dāng)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(shè)定值相當(dāng)于當(dāng)前的過程反饋值。

為此，可編寫類似下圖所示的程序，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(dāng)前值
3. 從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，把當(dāng)前反饋量換算為相應(yīng)的給定值

 上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫(kù)中的子程序，如何將該指令庫(kù)導(dǎo)入到Micro/WIN SMART 中可參見如何將Micro/WIN 的庫(kù)文件導(dǎo)入到Micro/WIN SMART中。這是為了解決過程反饋與設(shè)定值之間的換算問題。用戶也可以自己編程換算，或者根據(jù)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?qū)У淖詣?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(xiàn)功能： PID向?qū)У淖詣?dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

 PID向?qū)ё詣?dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換 （工程文件下載鏈接）：

www.ad.siemens.com.cn/productportal/prods/s7-200-smart-portal/200smarttop/function/PID/files/PID_Switch.smart

程序截圖全部如下：

免責(zé)聲明

本例程僅供參考，程序中的CPU版本、類型可能與用戶實(shí)際使用不同，用戶可能需要先對(duì)例子程序做修改和調(diào)整，才能將其用于測(cè)試。本例程的作者和擁有者對(duì)于該例程的功能性和兼容性不負(fù)任何責(zé)任，使用該例程的風(fēng)險(xiǎn)完全由用戶自行承擔(dān)。由于它是免費(fèi)的，所以不提供任何擔(dān)保，錯(cuò)誤糾正和熱線支持，用戶不必為此聯(lián)系西門子技術(shù)支持與服務(wù)部門。