西門子S7-200 PID指令

1、PID標準指令
      西門子S7-200 plc具有標準的PID回路指令來實現各種溫度控制（如圖1所示）。PID回路（PID）指令根據表格(TBL)中的輸入和配置信息對引用LOOP執(zhí)行PID回路計算（如表1所示）。同時，邏輯堆棧（TOS）頂值必須是"打開"（使能位）狀態(tài)，才能啟用PID計算。

圖1  PID回路指令

表1 PID回路指令操作數
      S7-200程序中可使用八條PID指令，如果兩條或多條PID指令使用相同的回路號碼（即使它們的表格地址不同），PID計算會互相干擾，結果難以預料。因此，必須在程序設計之初為每一個PID控制不同的回路號。
LOOP回路表存儲用于控制和監(jiān)控回路運算的參數，包括程序變量、設置點、輸出、增益、采樣時間、整數時間（重設）、導出時間（速率）等數值。PID指令框中輸入的表格（TBL）起始地址為回路表分配80個字節(jié)
      2、PID控制
      在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制或調節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時，用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
      （1）比例（P）控制
      比例控制是一種控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。
      （2）積分（I）控制
      在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。（這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。
      （3）微分（D）控制
      在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。