如何使用西门子S7200PLC实现精准PID控制

西门子S7-200SMARTPLC采用的编程软件为Step7-Micro/WINSMART，在该编程软件中，组态PID控制回路，专门有一个工具，叫PID指令向导（PIDWizard），在编程时，只需要按照向导步骤一步一步操作，可以完成大多数PID功能的编程，编程人员只需要在主程序中调用PID向导生成的子程序，即可完成PID控制程序的组态。该PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对PID编程，以避免不必要的错误。（建议编程时，采用比较新的编程软件版本）

一、PID向导编程步骤

使用以下方法之一打开PID向导：

在Micro/WINSMART中的工具菜单中选择PID向导：

图1.选择PID向导

在项目树中打开“向导”文件夹，然后双击“PID”，或选择“PID”并按回车键。

图2.选择PID向导

第一步：定义需要配置的PID回路号

在此对话框中选择要组态的回路。最多可组态8个回路。在此对话框上选择回路时，PID向导左侧的树视图随组态该回路所需的所有节点一起更新。

图3.选择需要配置的回路

第二步：为回路组态命名

可为回路组态自定义名称。此部分的默认名称是“回路x”，其中“x”等于回路编号。

图4.为PID回路命名

第三步：设定PID回路参数

图5.设置PID参数

图5中定义了PID回路参数，这些参数都应当是实数：

增益：即比例常数，默认值=1.00。

积分时间：如果不想要积分作用可以将该值设置很大（比如10000.0），默认值=10.00。

微分时间：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0，默认值=0.00。

第四步：设定回路过程变量

图6.设定PID输入过程变量

1、指定回路过程变量(PV)如何标定。可以从以下选项中选择：

单极性:即输入的信号为正，如0－10V或0－20mA等

双极性：输入信号在从负到正的范围内变化。如输入信号为±10V、±5V等时选用

选用20%偏移：如果输入为4－20mA则选单极性及此项，4mA是0－20mA信号的20%，所以选20%偏移，即4mA对应5530，20mA对应27648。

温度x10°C

温度x10°F

在a.设置为单极时，缺省值为0-27648，对应输入量程范围0-10V或0-20mA等，输入信号为正

在a.设置为双极时，缺省的取值为-27648-+27648，对应的输入范围根据量程不同可以是±10V、±5V等

在a.选中20%偏移量时，取值范围为5530-27648，不可改变

3、在“标定”(Scaling)参数中，指定回路设定值(SP)如何标定。默认值是0.0和100.0之间的一个实数。

第五步：设定输入回路输出选项

图7.设定PID输出选项

1、输出类型

可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量给定的设备，如比例阀、变频器等；数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器（加热棒等）

2、选择模拟量则需设定回路输出变量值的范围，可以选择：

单极：单极性输出，可为0－10V或0－20mA等

双极：双极性输出，可为正负10V或正负5V等

单极20%偏移量：如果选中20%偏移，使输出为4-20mA

3、取值范围：

c为单极时，缺省值为0到27648

c为双极时，取值-27648到27648

c为20%偏移量时，取值5530-27648，不可改变

如果选择了开关量输出，需要设定此循环周期，如图7所示：

图8.设定PID输出为数字量

第六步：设定回路报警选项

图9.设定回路报警限幅值

向导提供了三个输出来反映过程值(PV)的低值报警、高值报警及过程值模拟量模块错误状态。当报警条件满足时，输出置位为1。这些功能在选中了相应的选择框之后起作用。

1、使能低值报警并设定过程值(PV)报警的低值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.10，即报警的低值为过程值的10％。此值最低可设为0.01，即满量程的1%

2、使能高值报警并设定过程值(PV)报警的高值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.90，即报警的高值为过程值的90％。此值最高可设为1.00，即满量程的100%

3、使能过程值(PV)模拟量模块错误报警并设定模块于CPU连接时所处的模块位置。“EM0”就是第一个扩展模块的位置

第七步：定义向导所生成的PID初使化子程序和中断程序名及手/自动模式

图10.指定子程序、中断服务程序名和选择手动控制

向导已经为初使化子程序和中断子程序定义了缺省名，你也可以修改成自己起的名字。

1、指定PID初使化子程序的名字。

2、指定PID中断子程序的名字

注意：

1）如果你的项目中已经存在一个PID配置，则中断程序名为只读，不可更改。因为一个项目中所有PID共用一个中断程序，它的名字不会被任何新的PID所更改。

2）PID向导中断用的是SMB34定时中断，在用户使用了PID向导后，注意在其它编程时不要再用此中断，也不要向SMB34中写入新的数值，否则PID将停止工作。

3、此处可以选择添加PID手动控制模式。在PID手动控制模式下，回路输出由手动输出设定控制，此时需要写入手动控制输出参数一个0.0－1.0的实数，代表输出的0％－100％而不是直接去改变输出值。

第八步：指定PID运算数据存储区

图11.分配运算数据存储区

第九步：生成PID子程序、中断程序及符号表等

图12.生成PID子程序、中断程序和符号表等

第十步：配置完PID向导，需要在程序中调用向导生成的PID子程序（如下图）

在用户程序中调用PID子程序时，可在指令树的程序块中用鼠标双击由向导生成的PID子程序，在局部变量表中，可以看到有关形式参数的解释和取值范围。

必须用来使能PIDx_CTRL子程序，后不能串联任何其他条件，而且也不能有越过它的跳转；如果在子程序中调用PIDx_CTRL子程序，则调用它的子程序也必须仅使用调用，以保证它的正常运行

此处输入设定值变量地址（VDxx），或者直接输入设定值常数，根据向导中的设定0.0－100.0，此处应输入一个0.0－100.0的实数，例：若输入20，即为过程值的20％，假设过程值AIW0是量程为0－200度的温度值，则此处的设定值20代表40度（即200度的20％）；如果在向导中设定给定范围为0.0-200.0，则此处的20相当于20度

此处用控制PID的手/自动方式，当为1时，为自动，经过PID运算从AQW0输出；当为0时，PID将停止计算，AQW0输出为ManualOutput（VD4）中的设定值，此时不要另外编程或直接给AQW0赋值。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现

定义PID手动状态下的输出，从AQW0输出一个满值范围内对应此值的输出量。此处可输入手动设定值的变量地址（VDxx），或直接输入数。数值范围为0.0-1.0之间的一个实数，代表输出范围的百分比。例：如输入0.5，则设定为输出的50％。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现

此处键入控制量的输出地址

当高报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能高报警功能，则此项将不会出现

当低报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能低报警功能，则此项将不会出现

当模块出错时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能模块错误报警功能，则此项将不会出现

第十一步：实际运行并调试PID参数

没有一个PID项目的参数不需要修改而能直接运行，因此需要在实际运行时调试PID参数。

查看数据块以及符号表相应的PID符号标签的内容，可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表，包括比例系数、积分时间等等。将此表的地址复制到状态表中，可以在监控模式下在线修改PID参数，而不必停机再次做配置。

参数调试合适后，用户可以在数据块中写入，也可以再做一次向导，或者编程向相应的数据区传送参数。

二、常见问题

做完PID向导后，如何知道向导中设定值，过程值及PID等参数所用的地址？

PID已经调整合适，如何正式确定参数？

可以在数据块中直接写入参数。

做完PID向导后，能否查看PID生成的子程序，中断程序？

PID向导生成的子程序，中断程序用户是无法看到的，也不能对其进行修改。没有密码能够打开这些子程序，一般的应用也没有必要打开查看。

PID参数有经验值吗？

每一个项目的PID参数都不一样，没有经验参数，只能现场调试获得。

我的PID向导生成的程序为何不执行？

必须保证用无条件调用PID0_CTRL程序

在程序的其它部分不要再使用SMB34定时中断，也不要对SMB34赋值

如何实现PID反作用调节？

在有些控制中需要PID反作用调节。

若想实现PID反作用调节，需要把PID回路的增益设为负数。对于增益为0的积分或微分控制来说，如果指定积分时间、微分时间为负值，则是反作用回路。

如何根据工艺要求有选择地投入PID功能？

可使用“手动/自动”切换的功能。PID向导生成的PID功能块需要保证每个扫描周期都调用，所以建议在主程序内使用调用。