DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運(yùn)算及應(yīng)用

現(xiàn)在國內(nèi)外一些著名的品牌廠家?guī)缀跽摂嗟恼麄€(gè)工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，如：國外的有艾默生、西門子;國內(nèi)的有：浙大中控、和利時(shí)等，那么在這些控制系統(tǒng)中最常規(guī)的PID控制是怎么實(shí)現(xiàn)的，他們又是怎么進(jìn)行編程組態(tài)得到的PLD運(yùn)算的，本文就常規(guī)的PID及起模塊進(jìn)行總結(jié)以及應(yīng)用做個(gè)簡單的介紹：

　　一、DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運(yùn)算

　　1 指令解說

　　l 上式T為梯形圖時(shí)間繼電器周期輸出，在此引為采樣及調(diào)節(jié)周期。

　　l S1為設(shè)定的目標(biāo)值，又稱給定值

　　l S2為實(shí)際測定值。

　　l S3為PID控制參數(shù)的起始參數(shù)單元，控制參數(shù)占用S3后續(xù)的25個(gè)D數(shù)據(jù)寄存器。具體說明如下：

　　S3+0: TS 采樣時(shí)間 設(shè)定為K1(1T)

　　S3+1: ACT.運(yùn)算方向 一般設(shè)為 H0001;

　　設(shè)為H0000時(shí)為反PID運(yùn)算。

　　S3+2: L 濾波系數(shù) 0-99% 0% 無濾波。 參考設(shè)定為K50

　　0000-99.00

　　S3+3: KP 比例増益 0-32767% 參考設(shè)定為K2000。

　　0000-327.67

　　S3+4: TI 積分時(shí)間 0-32767(?1T) 參考設(shè)定為K500。

　　S3+5: KD 微分増益 0-32767% 一般設(shè)定為K0。

　　0000-327.67

　　S3+6: TD 微分參數(shù) 0-32767(?1T) 設(shè)定為K0，無微分

　　S3+7: 偏差，浮點(diǎn)數(shù)表示，占兩個(gè)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(dǎo)數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)表示。S3+9，S3+10

　　E(K)'=E(K)-E(K-1)

　　S3+10:

　　S3+11: 偏差的二階導(dǎo)數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)表示。S3+11，S3+12

　　E(K)''=E(K)'-E(K-1)'

　　S3+12:

　　S3+13: 本次濾波后的實(shí)測值，浮點(diǎn)數(shù)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(diào)整項(xiàng)，浮點(diǎn)數(shù)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(diào)整輸出，浮點(diǎn)數(shù)表示。S3+17，S3+18

　　DMV(K)=DMV(K-1)小數(shù)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(bào)警 設(shè)定為K20000

　　S3+21: SL 下限報(bào)警 設(shè)定為K20

　　S3+22: OH 上限幅值 設(shè)定為K10000

　　S3+23: OL 下限幅值 設(shè)定為K20

　　S3+24: ALM.0 SH上限報(bào)警時(shí)ON

　　ALM.1 SL下限報(bào)警時(shí)ON

　　ALM.2 OH上限輸出時(shí)ON

　　ALM.3 OL下限輸出時(shí)ON

PID運(yùn)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(hào)說明：

　　PV：測定值。 SV：目標(biāo)值。 MV：輸出值。

　　PVF：濾波后的測定值。

　　L ：濾波系數(shù)。

　　TS：采樣時(shí)間。

　　KP：比例増益。

　　TI：積分時(shí)間。

　　TD：微分時(shí)間。

　　KD：微分増益。

　　PV(K)：本次采樣測定值。

　　D(K)： 微分項(xiàng)。

　　INT(DMV)：PID本次增量輸出。

　　PV(K-1)：一個(gè)調(diào)節(jié)周期T前測定值。

　　二、DCS及PLC控制系統(tǒng)中PID的運(yùn)算的應(yīng)用

　　案例一. 控制一組(四臺(tái))實(shí)驗(yàn)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(diào)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(diào)節(jié)控制單元，其輸出控制四個(gè)三相智能模塊硅，辦公室計(jì)算機(jī)與PLC通信，作溫度跟蹤記錄。

　　各通道的設(shè)置參數(shù)(由人機(jī)界面或字符屏設(shè)定)：

　　0通道1通道2通道3通道

　　AI通道設(shè)定溫度D300D310D320D330

　　P參數(shù)D301D311D321D331

　　I參數(shù)D302D312D322D332

　　D參數(shù)D303D313D323D333

　　PID手動(dòng)自動(dòng)切換M100M110M120M130

　　手動(dòng)加M101M111M121M131

　　手動(dòng)減M102M112M122M132

　　實(shí)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(shè)定控制區(qū)參數(shù)。PID控制共占用28個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，第一路控溫規(guī)劃到D2000-D2027。

　　第二步：PID調(diào)節(jié)與手動(dòng)調(diào)節(jié)要相互協(xié)調(diào)，做到無擾切換。示例中，手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)最終輸出都?xì)w入D2028