在博图中以S7-1200为例组态PID功能

摘要：在咱们平常的实际工作当中，常常会用到 PID 控制系统，像控制恒压供水的设备啦，恒温加热的设备等等。这些设备要是用 PLC 来控制，不光得编程，还得设置相关的参数（也可以说是组态）。只有把相关参数设置正确了，编写的程序才有价值。

在咱们平常的实际工作当中，常常会用到 PID 控制系统，像控制恒压供水的设备啦，恒温加热的设备等等。这些设备要是用 PLC 来控制，不光得编程，还得设置相关的参数（也可以说是组态）。只有把相关参数设置正确了，编写的程序才有价值。

那今天呢，咱们就以西门子 1200PLC 当作例子，给大伙讲讲咋组态 PID 功能。在组态之前，得先判断咋选择 PID 指令，因为根据不一样的应用场景，选择的 PID 指令也不一样，指令选得不同，组态也会有一些差别。

①PID指令选择：

S7 - 1200 的 PID 功能呢，有三条指令能让咱们选，分别是 PID_Compact、PID_3Step、PID_Temp，就像图 1 展示的那样：

▲图1 | PID指令图▲

第一步：先瞅瞅是不是要用三位执行机构，如果要用那就选择 PID_3Step 指令。

在这呢，给您解释解释三位执行机构的特点：

1、就只接收开启或者关闭这两个数字量输出控制；

2、有开到位或者关到位的限位开关输入信号，或者有模拟量反馈位置信号。就好比现场的一些电动阀门，PLC 控制电动阀门正转或者反转，这样就能控制流量、压力啥的。

PID_3Step 指令（像图 2 那样）控制两个开关量的输出，比如说一个是 1，另一个是 0，电动机可能就正转。要是一个是 0，另外一个是 1，电动机可能就反转。

▲图2 | PID_3Step指令▲

第二步：要是没使用三位执行机构，那就判断是不是多回路、串级控制，如果是，那就跳到第 3 步去判断；要是不是，那就跳到第 4 步。

第三步：判断是不是需要加热/制冷双输出（就像在空调系统里那样）。要是需要，那就调用 PID_Temp 指令，像图 3 显示的那样。

▲图3 | PID_Temp指令▲

第四步：判断是不是需要温度控制常常会用到的附加功能（比如说控制带、死区啥的），要是不需要，那就调用 PID_Compact，就像图 4 展示的那样。

▲图4 | PID_Compact指令▲

在这呢，给您解释解释“控制带”和“死区”这两个概念。

控制带：在温度控制这方面，有很明显的大滞后特性，就是当过程值跟设定值偏离得比较大的时候，调节过程会特别慢，而快接近设定值的时候又容易有比较大的超调。要是有上面说的这两种问题，温度控制就得保证在偏差超过一定范围的时候，输出最大或者最小的调节量，让温度值能快点回到一个比较小的范围里，这样能缩短调节时间。在设定值附近的时候，越靠近设定值，调节量就得越小，为的是防止超调。所以，控制带这个功能是这样的，当过程值比设定值大，而且偏差的绝对值超过控制带，那就把输出下限当作输出值。当过程值比设定值小，而且偏差绝对值超过控制带，那就把输出上限当作输出值。要是偏差的绝对值小于控制带，那就把实际 PID 的计算结果当作输出。

死区：在控制系统当中，执行机构要是动作太频繁，就会导致小幅震荡，造成机械磨损，好多控制系统都允许被控量在一定范围里存在误差，这个误差就叫 PID 的死区。当过程值满足下面这个公式的时候，SP–“死区宽度”＜PV ＜SP +“死区宽度”，PID 就停止调节，保持输出不变。就像下面这个图显示的那样。

②PID_Compact指令组态

咱们拿最基本的恒压供水系统，来给大伙讲讲怎么组态（就是设置相关的参数）。得先添加循环中断，接着在循环中断里添加 PID_Compact 指令。在循环中断的属性里头，能够修改它的循环时间（就像图 5 那样）。

▲图5 | 添加循环中断后在属性界面修改其循环时间▲

在这解释一下循环时间：

PID 控制器的采样时间是循环中断时间的整数倍。要是咱们自整定 PID 参数，系统会自动算出 sRet.r_Ctrl_Cycle（采样时间）这个参数。要是用户用手动的方式设定 PID 参数，那可一定得注意这个参数得是循环中断时间的整数倍。

比如说：

PID 控制器的采样时间是 1 秒，循环中断时间是 100 毫秒，那在 1 秒的时间里，循环中断执行了 10 次，但是前面 9 次 PID 控制器都不进行运算。

（1）在“指令 > 工艺 > PID 控制 > Compact PID > PID_Compact”这个地方，把 PID_Compact 指令添加到循环中断里。就像图 6 显示的那样。

▲图6 | 在循环中断中添加PID_Compact 指令▲

（2）当把 PID_Compact 指令添加完以后，在项目树里的 > 工艺对象文件夹中，会自动关联出 PID_Compact_x[DBx]，这里面包含着它的组态界面和调试功能。就像图 7 展示的那样：

▲图7 | 工艺对象中关联生成PID_Compact▲

（3）在使用 PID 控制器之前，得对它进行组态设置，这里面分成了基本设置、过程值设置、高级设置等几个部分。就像图 8 显示的那样：

▲图8 | PID_Compact> 基本设置>控制器类型▲

第一、基本设置
①基本设置–控制器类型
a、在基本设置里，要给设定值、过程值和扰动变量选择物理量和测量单位。咱们用的是恒压控制，所以选“压力”就行啦。就像图 9 显示的那样；
b、正作用就是：随着 PID 控制器的偏差变大，输出值也跟着变大。反作用就是：随着 PID 控制器的偏差变大，输出值反而变小。要是 PID_Compact 是反作用，那就可以勾选“反转控制逻辑”。就像图 9 显示的那样；
c、要是想在 CPU 重启后切换到“模式”(Mode)参数里保存的工作模式，那就勾选“在 CPU 重启后激活模式”。就像图 9 显示的那样。

▲图9 | PID_Compact> 基本设置>控制器类型▲

②基本设置--定义Input/Output 参数（如图10）

咱们来定义一下 PID 过程值和输出值的相关内容，得选 PID_Compact 输入、输出变量的引脚和数据类型。要是选了 Input，那就得在程序里标定好工程单位值，然后把标定好的工程量值填在 PID_Compact 管脚的 Input 处，Input 处管脚的值要和 Setpoint 管脚的值作比较，这样就能控制输出啦。那到底控制的是哪个输出呢？这得根据 Output 处选择的参数来定，可以是 Output_PER、Output、Output_PWM。Output_PER 就是直接通过模拟量的方式来输出，从而控制像变频器、电机这类的外部设备，最终它的输出值是在 0 - 27648 之间，接着能转换成 0 - 10V 或者 0 - 20mA，实现控制的效果。Output 是以百分比的方式输出，范围在 0 - 100 之间，如果要控制外部设备的话，还得用其他指令来转换输出。Output_PWM 是以脉宽调制的方式输出数字量。那要是 Input 处选的是 Input_PER，填的就是模拟量输入通道的地址（比如 IW64），这个地址会自动转换成工程单位，再和 Setpoint 管脚的值作比较。那它是怎么转换的呢？咱们接着往下看。

▲图10 | PID_Compact> 基本设置>定义Input/Output▲

第二、过程值设置
①过程值设置–过程值限值（如图 11）
这过程值限值得满足过程值下限小于过程值上限。要是过程值超出了限值，那就会出错。咱们设置的是 60hpa，这是因为咱们的压力传感器是 0 - 5Kpa 的，在量程里只用 hpa 这个单位。所以咱们把它转换成 hpa，而且设置的时候还留了余量。

▲图11 | 设置过程值限值▲

②过程值设置–过程值标定
a、只有在“基本设置”那一项里，Input/Output 中的输入选择是“Input_PER”的时候，才能组态过程值标定；
b、要是过程值跟模拟量输入值成正比，那就用上下限值对来标定 Input_PER；
c、一定得满足范围的下限小于上限。因为咱们在“基本设置”那一项里，Input/Output 中的输入选择是“Input”，所以图 11 里“Input_PER”这一项是“已禁用”。

▲图11 | 进行过程值标定▲

高级设置
①高级设置–过程值监视（如图 12 及图 13）：

▲图12▲

a、过程值的监视限值范围得在过程值限值范围里头；
b、要是过程值超过了监视限值，就会输出警告。过程值要是超过了过程值限值，PID 输出就会报错，然后切换工作模式；

▲图13▲

②高级设置–PWM 限制，这部分在这儿就不介绍了。
③高级设置–输出值限值（如图 14）

▲图14▲

a、在“输出值的限值”这个窗口里，用百分比的形式来组态输出值的限值。不管是在手动模式，还是自动模式，都不能超过输出值的限值。
b、手动模式下的设定值 ManualValue，一定得在输出值的下限（Config.OutputLowerLimit）和输出值的上限（ Config.OutputUpperLimit）之间。
c、要是在手动模式下指定了一个超过限值范围的输出值，那 CPU 就会把有效值限制成组态的限值。
d、PID_compact 能够通过组态界面里输出值的上限和下限来修改限值。范围最大是 -100.0 到 100.0 ，要是采用 Output_PWM 输出，限制就是 0.0 到 100.0 。

④高级设置--对错误的响应（如图15）

a、在 PID_Compact V2 的时候，可以提前设置错误响应时 PID 的输出状态，就像图 13 显示的那样。这样在出现错误的时候，控制器在大多数情况下都能保持是激活的状态。
b、要是控制器老是出现错误，建议检查 Errorbits 参数，然后把错误的原因消除掉。