DCS及PLC控制系統中PID的運算及應用
現在國內外一些著名的品牌廠家幾乎論斷的整個工業自動化控制領域，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中最常規的PID控制是怎么實現的，他們又是怎么進行編程組態得到的PLD運算的，本文就常規的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：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)：一個調節周期T前測定值。
二、DCS及PLC控制系統中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，每電爐發熱總功率380VAC 8KW。
控制方案：選一混合型PLC作調節控制單元，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：規劃并設定控制區參數。PID控制共占用28個數據寄存器，第一路控溫規劃到D2000-D2027。
第二步：PID調節與手動調節要相互協調，做到無擾切換。示例中，手動調節和自動調節最終輸出都歸入D2028
一、DCS及PLC控制系統中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：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)：一個調節周期T前測定值。
二、DCS及PLC控制系統中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，每電爐發熱總功率380VAC 8KW。
控制方案：選一混合型PLC作調節控制單元，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：規劃并設定控制區參數。PID控制共占用28個數據寄存器，第一路控溫規劃到D2000-D2027。
第二步：PID調節與手動調節要相互協調，做到無擾切換。示例中，手動調節和自動調節最終輸出都歸入D2028
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