DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運算及應用
現在國內外一些著名的品牌廠家?guī)缀跽摂嗟恼麄€工業(yè)自動化控制領域，如：國外的有艾默生、西門子;國內的有：浙大中控、和利時等，那么在這些控制系統(tǒng)中最常規(guī)的PID控制是怎么實現的，他們又是怎么進行編程組態(tài)得到的PLD運算的，本文就常規(guī)的PID及起模塊進行總結以及應用做個簡單的介紹：
一、DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運算
1 指令解說
l 上式T為梯形圖時間繼電器周期輸出，在此引為采樣及調節(jié)周期。
l S1為設定的目標值，又稱給定值
l S2為實際測定值。
l S3為PID控制參數的起始參數單元，控制參數占用S3后續(xù)的25個D數據寄存器。具體說明如下：
S3+0: TS 采樣時間 設定為K1(1T)
S3+1: ACT.運算方向 一般設為 H0001;
設為H0000時為反PID運算。
S3+2: L 濾波系數 0-99% 0% 無濾波。 參考設定為K50
0000-99.00
S3+3: KP 比例増益 0-32767% 參考設定為K2000。
0000-327.67
S3+4: TI 積分時間 0-32767(•1T) 參考設定為K500。
S3+5: KD 微分増益 0-32767% 一般設定為K0。
0000-327.67
S3+6: TD 微分參數 0-32767(•1T) 設定為K0，無微分
S3+7: 偏差，浮點數表示，占兩個字節(jié)：S7+7，S7+8。
E(K)=SV-PV (ACT.0=1)
E(K)=PV-SV (ACT.0=0)
S3+8:
S3+9: 偏差的一階導數，浮點數表示。S3+9，S3+10
E(K)'=E(K)-E(K-1)
S3+10:
S3+11: 偏差的二階導數，浮點數表示。S3+11，S3+12
E(K)''=E(K)'-E(K-1)'
S3+12:
S3+13: 本次濾波后的實測值，浮點數表示。S3+13，S3+14。
PVF(K)=PV(K)+L• [PVF(K-1)-PV(K)]
S3+14:
S3+15: PID的微分調整項，浮點數表示。S3+15，S3+16。
PID_D(K)=[TD•E(K)''+KD•TD•PID_D(K-1)]/(TS+KD•TD)
S3+16:
S3+17: PID的本次調整輸出，浮點數表示。S3+17，S3+18
DMV(K)=DMV(K-1)小數部分+KP[E(K)'+TS•E(K)/TI+PID_D(K)]
S3+18:
S3+19: PID控制的輸出值，取值范圍：0-32767。
MV(K)=MV(K-1)+INT(DMV)
S3+20: SH 上限報警 設定為K20000
S3+21: SL 下限報警 設定為K20
S3+22: OH 上限幅值 設定為K10000
S3+23: OL 下限幅值 設定為K20
S3+24: ALM.0 SH上限報警時ON
ALM.1 SL下限報警時ON
ALM.2 OH上限輸出時ON
ALM.3 OL下限輸出時ON
PID運算式
1. PVF(K)=PV(K)+L•[PV(K-1)-PV(K)]
E(K)=SV(K)-PVF(K)
E(K)'=E(K)-E(K-1)
E(K)''=E(K)'-E(K-1)'
2. D(K)=[TD•E(K)''+KD•TD•D(K-1)]/(TS+KD•TD)
3. MV(K)=MV(K-1)+KP•[E(K)'+TS•E(K)/TI+D(K)]
符號說明：
PV：測定值。 SV：目標值。 MV：輸出值。
PVF：濾波后的測定值。
L ：濾波系數。
TS：采樣時間。
KP：比例増益。
TI：積分時間。
TD：微分時間。
KD：微分増益。
PV(K)：本次采樣測定值。
D(K)： 微分項。
INT(DMV)：PID本次增量輸出。
PV(K-1)：一個調節(jié)周期T前測定值。
二、DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運算的應用
案例一. 控制一組(四臺)實驗電爐，溫度檢測用PT100熱電阻，工作溫度在100℃以下，控制精度要求在0.1℃,超調小于0.5℃。熱源為電阻絲，每電爐發(fā)熱總功率380VAC 8KW。
控制方案：選一混合型PLC作調節(jié)控制單元，其輸出控制四個三相智能模塊硅，辦公室計算機與PLC通信，作溫度跟蹤記錄。
各通道的設置參數(由人機界面或字符屏設定)：
0通道1通道2通道3通道
AI通道設定溫度D300D310D320D330
P參數D301D311D321D331
I參數D302D312D322D332
D參數D303D313D323D333
PID手動自動切換M100M110M120M130
手動加M101M111M121M131
手動減M102M112M122M132
實測溫度D10D11D12D13
DA通道輸出電流D20D21D21D23
選取其中一路作簡要說明:
第一步：規(guī)劃并設定控制區(qū)參數。PID控制共占用28個數據寄存器，第一路控溫規(guī)劃到D2000-D2027。
第二步：PID調節(jié)與手動調節(jié)要相互協調，做到無擾切換。示例中，手動調節(jié)和自動調節(jié)最終輸出都歸入D2028
一、DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運算
1 指令解說
l 上式T為梯形圖時間繼電器周期輸出，在此引為采樣及調節(jié)周期。
l S1為設定的目標值，又稱給定值
l S2為實際測定值。
l S3為PID控制參數的起始參數單元，控制參數占用S3后續(xù)的25個D數據寄存器。具體說明如下：
S3+0: TS 采樣時間 設定為K1(1T)
S3+1: ACT.運算方向 一般設為 H0001;
設為H0000時為反PID運算。
S3+2: L 濾波系數 0-99% 0% 無濾波。 參考設定為K50
0000-99.00
S3+3: KP 比例増益 0-32767% 參考設定為K2000。
0000-327.67
S3+4: TI 積分時間 0-32767(•1T) 參考設定為K500。
S3+5: KD 微分増益 0-32767% 一般設定為K0。
0000-327.67
S3+6: TD 微分參數 0-32767(•1T) 設定為K0，無微分
S3+7: 偏差，浮點數表示，占兩個字節(jié)：S7+7，S7+8。
E(K)=SV-PV (ACT.0=1)
E(K)=PV-SV (ACT.0=0)
S3+8:
S3+9: 偏差的一階導數，浮點數表示。S3+9，S3+10
E(K)'=E(K)-E(K-1)
S3+10:
S3+11: 偏差的二階導數，浮點數表示。S3+11，S3+12
E(K)''=E(K)'-E(K-1)'
S3+12:
S3+13: 本次濾波后的實測值，浮點數表示。S3+13，S3+14。
PVF(K)=PV(K)+L• [PVF(K-1)-PV(K)]
S3+14:
S3+15: PID的微分調整項，浮點數表示。S3+15，S3+16。
PID_D(K)=[TD•E(K)''+KD•TD•PID_D(K-1)]/(TS+KD•TD)
S3+16:
S3+17: PID的本次調整輸出，浮點數表示。S3+17，S3+18
DMV(K)=DMV(K-1)小數部分+KP[E(K)'+TS•E(K)/TI+PID_D(K)]
S3+18:
S3+19: PID控制的輸出值，取值范圍：0-32767。
MV(K)=MV(K-1)+INT(DMV)
S3+20: SH 上限報警 設定為K20000
S3+21: SL 下限報警 設定為K20
S3+22: OH 上限幅值 設定為K10000
S3+23: OL 下限幅值 設定為K20
S3+24: ALM.0 SH上限報警時ON
ALM.1 SL下限報警時ON
ALM.2 OH上限輸出時ON
ALM.3 OL下限輸出時ON
PID運算式
1. PVF(K)=PV(K)+L•[PV(K-1)-PV(K)]
E(K)=SV(K)-PVF(K)
E(K)'=E(K)-E(K-1)
E(K)''=E(K)'-E(K-1)'
2. D(K)=[TD•E(K)''+KD•TD•D(K-1)]/(TS+KD•TD)
3. MV(K)=MV(K-1)+KP•[E(K)'+TS•E(K)/TI+D(K)]
符號說明：
PV：測定值。 SV：目標值。 MV：輸出值。
PVF：濾波后的測定值。
L ：濾波系數。
TS：采樣時間。
KP：比例増益。
TI：積分時間。
TD：微分時間。
KD：微分増益。
PV(K)：本次采樣測定值。
D(K)： 微分項。
INT(DMV)：PID本次增量輸出。
PV(K-1)：一個調節(jié)周期T前測定值。
二、DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運算的應用
案例一. 控制一組(四臺)實驗電爐，溫度檢測用PT100熱電阻，工作溫度在100℃以下，控制精度要求在0.1℃,超調小于0.5℃。熱源為電阻絲，每電爐發(fā)熱總功率380VAC 8KW。
控制方案：選一混合型PLC作調節(jié)控制單元，其輸出控制四個三相智能模塊硅，辦公室計算機與PLC通信，作溫度跟蹤記錄。
各通道的設置參數(由人機界面或字符屏設定)：
0通道1通道2通道3通道
AI通道設定溫度D300D310D320D330
P參數D301D311D321D331
I參數D302D312D322D332
D參數D303D313D323D333
PID手動自動切換M100M110M120M130
手動加M101M111M121M131
手動減M102M112M122M132
實測溫度D10D11D12D13
DA通道輸出電流D20D21D21D23
選取其中一路作簡要說明:
第一步：規(guī)劃并設定控制區(qū)參數。PID控制共占用28個數據寄存器，第一路控溫規(guī)劃到D2000-D2027。
第二步：PID調節(jié)與手動調節(jié)要相互協調，做到無擾切換。示例中，手動調節(jié)和自動調節(jié)最終輸出都歸入D2028
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