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為了達(dá)到 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制的無擾動(dòng)切換，需要在編程時(shí)注意一些相關(guān)事項(xiàng)。下面分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向?qū)Ь幊虄煞N情況作一介紹。

1.直接使用 PID 指令編程時(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無擾切換

直接使用 PID 指令塊編寫 PID 控制程序時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用“調(diào)用/不調(diào)用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。因?yàn)?PID 指令本身已經(jīng)具有實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換的能力，此時(shí)在 PID 指令控制環(huán)節(jié)之外編程沒有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能（為“1”）時(shí)，我們認(rèn)為是自動(dòng)控制模式；EN 輸入端未使能（為“0”）時(shí)，我們認(rèn)為是手動(dòng)控制模式。

PID 指令本身有一個(gè)“能流歷史狀態(tài)位”，以記錄指令的狀態(tài)切換。在 EN 端從“0”變?yōu)?rdquo;“1”時(shí)，PID 指令認(rèn)為這是從“手動(dòng)”模式向“自動(dòng)”模式切換。PID 指令此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一系列動(dòng)作，以配合無擾動(dòng)切換：

• 使設(shè)定值（ SPn） = 當(dāng)前過程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置上次采樣過程變量（PVn-1） = 當(dāng)前過程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）
• 設(shè)置積分偏差和（或所謂積分前項(xiàng)）（Mx） = 當(dāng)前輸出值（Mn）

使設(shè)定值等于當(dāng)前反饋值可以避免出現(xiàn)偏差，使之不存在調(diào)整的要求；當(dāng)然如果有工藝要求，也可以后續(xù)調(diào)整設(shè)定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續(xù)的操作中不改變輸出的值。

在編程時(shí)要注意：

• 從自動(dòng)模式向手動(dòng)模式切換時(shí)，PID 指令的 EN 端不再有能流，計(jì)算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時(shí)如果需要操作人員人工觀察控制的結(jié)果，手動(dòng)控制輸出量，就可以通過用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲(chǔ)單元內(nèi)容（見數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)手冊(cè)的相關(guān)部分內(nèi)容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)化換算。
• 為保證從手動(dòng)模式向自動(dòng)模式的切換無擾動(dòng)，需要在手動(dòng)控制時(shí)，或在切換過程中，禁止對(duì) PID 回路表中設(shè)定值的更新，以便切換時(shí) PID 指令用當(dāng)前過程反饋值替代設(shè)定值。切換完成后，操作人員可以調(diào)整設(shè)定值。

2.使用 PID 向?qū)Ь幊虝r(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無擾切換

使用 PID 指令向?qū)Ь幊虝r(shí)，指令向?qū)?huì)自動(dòng)調(diào)用 PID 指令，并且編寫外圍的控制變量標(biāo)準(zhǔn)化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向?qū)r(shí)，需要在用戶程序中用 SM0.0 調(diào)用指令向?qū)傻淖映绦颍ㄈ?PIDx_INIT 子程序）。PID 向?qū)Э梢陨蓭ё詣?dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序，這個(gè)子程序使用一個(gè)數(shù)字量點(diǎn)為“1”、“0”的狀態(tài)來控制是否投入 PID 自動(dòng)控制。

到目前為止（STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5），使用 PID 向?qū)傻淖映绦驎r(shí)，由于用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無擾切換能力因?yàn)楦袅送鈿ぷ映绦颍允艿搅司窒蕖Ｈ绻麑?duì)無擾切換要求比較嚴(yán)格，需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控制子程序。

圖 4.1.1. PID 向?qū)傻闹噶?/p>

圖中：

1. 過程反饋量
2. 設(shè)定值，實(shí)數(shù)
3. 自動(dòng)/手動(dòng)控制，“1”=自動(dòng)，“0”=手動(dòng)
4. 手動(dòng)控制輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)
5. PID 控制輸出值

要實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，必須：

• 在從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值（VD2004）等于當(dāng)前的實(shí)際控制輸出值；
• 在從手動(dòng)向自動(dòng)切換使，使設(shè)定值相當(dāng)于當(dāng)前的過程反饋值。

為此，可編寫類似下圖所示的程序，放在 PID 控制子程序之前：

4.1.2. 無擾切換處理程序

圖中：

1. 自動(dòng)/手動(dòng)切換控制點(diǎn)
2. 從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值等于實(shí)際當(dāng)前值
3. 從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，把當(dāng)前反饋量換算為相應(yīng)的給定值

上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫(kù)中的子程序。這是為了解決過程反饋與設(shè)定值之間的換算問題。用戶也可以自己編程換算，或者根據(jù)反饋與給定的取值范圍決定是否需要換算。

此段程序適用于 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 及以前版本，僅供參考，如果在實(shí)際項(xiàng)目中使用，上述程序未必一定適用。用戶需要根據(jù)實(shí)際工藝決定自己的編程思路。

4.2. PID調(diào)節(jié)步驟簡(jiǎn)介

建議PID參數(shù)調(diào)節(jié)步驟：

（1）前提條件：反饋信號(hào)是否穩(wěn)定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常以及控制器的正反作用。（確保PID在自動(dòng)模式下）

（2）積分時(shí)間設(shè)置為無窮大INF（或9999.9），此時(shí)積分作用近似為0；將微分時(shí)間設(shè)置為0.0，此時(shí)微分作用為0 。然后開始調(diào)節(jié)比例作用，逐步增大比例增益

（3）當(dāng)過程變量達(dá)到給定值且在給定值上下波動(dòng)，將調(diào)好的比例系數(shù)調(diào)整到50%~80%后，由大到小減小積分時(shí)間，直到過程值與設(shè)定值相等或無限接近

PID調(diào)節(jié)有很多種方法，以上僅是建議步驟，也并未考慮微分作用，客戶依據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)可以參考反饋與給定的曲線圖

用戶經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問題：嘗試了很多組PID參數(shù)，都無法滿足控制器的要求， 此時(shí)需要考慮PID的采樣時(shí)間是否適合當(dāng)前系統(tǒng)。采樣時(shí)間就是對(duì)反饋進(jìn)行采樣的間隔。短于采樣時(shí)間間隔的信號(hào)變化是不能測(cè)量到的。采樣時(shí)間過短，兩次實(shí)測(cè)值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運(yùn)算負(fù)擔(dān)；采樣間隔過長(zhǎng)，將會(huì)引起有用信號(hào)的丟失，使系統(tǒng)品質(zhì)變差，不能滿足擾動(dòng)變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場(chǎng)合。除此以外，也有可能是系統(tǒng)自身的問題，無法調(diào)節(jié)到穩(wěn)定，例如， 不規(guī)律的干擾，或者反饋信號(hào)不穩(wěn)定。

4.3. 手動(dòng)調(diào)節(jié)PID至穩(wěn)定問題與解決方法：

1. PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)變化。

產(chǎn)生原因：增益（Gain）值太高
PID掃描時(shí)間（sample time）太長(zhǎng)（對(duì)于快速響應(yīng)PID的回路）

解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時(shí)間

2. 過程變量超過設(shè)定值很多（超調(diào)很大）

產(chǎn)生原因：積分時(shí)間（Integral time)可能太高。

解決方法：降低積分時(shí)間 3. 得到一個(gè)非常不穩(wěn)定的PID。

• 如果用了微分，可能是微分參數(shù)有問題
• 沒有微分，可能是增益（Gain）值太高

解決方法：

• 調(diào)整微分參數(shù)到0－1的范圍內(nèi)
• 根據(jù)回路調(diào)節(jié)特性將增益值降低，低可從0.x 開始逐漸增大往上調(diào)，直到獲得穩(wěn)定的PID。

如何獲取一組合適的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速并穩(wěn)定的PID控制？

PID調(diào)節(jié)過程中，用戶通常需要做多次的參數(shù)調(diào)節(jié)才能獲得的控制效果。從下面反饋（過程變量）與給定之間的曲線圖中，可以看到黃色曲線較理想。用戶可以將調(diào)節(jié)的PID反饋與給定曲線與下圖中對(duì)比，并修改相關(guān)參數(shù)（但是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)情況不一樣，用戶還需具體問題具體對(duì)待，下圖中的建議僅供參考：

圖 4.3.4 反饋與給定曲線

1.超調(diào)過大，減小比例，增大積分時(shí)間

2.迅速變化，存在小超調(diào)

3.實(shí)際值緩慢接近設(shè)定值，并且無超調(diào)的達(dá)到設(shè)定值

4.增益系數(shù)太小和/或微分時(shí)間太長(zhǎng)

5.益系數(shù)太小和/或積分時(shí)間太長(zhǎng)

.編程使用的工具是TIA博途軟件，使用以太網(wǎng)網(wǎng)線直接連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡與CPU1500就可以下載程序。

軟件：SIMATIC STEP 7 Professional V12

10.后簡(jiǎn)單介紹一個(gè)S7-1500的選型配置。

假設(shè)需要選一個(gè)S7-1500本地站，包含24VDC DI 40點(diǎn)，24VDC DQ 28點(diǎn)，0～10V電壓模擬量輸入3個(gè)點(diǎn)，4～20mA電流輸入3個(gè)點(diǎn)，4～20mA電流輸出5個(gè)點(diǎn)。

5.接下來我們先插入一個(gè)CPU1516-3PN/DP：請(qǐng)依次點(diǎn)擊“控制器”、“SIMATIC S7-1500”、“CPU”、“CPU 1516-3PN/DP”左側(cè)的小箭頭展開項(xiàng)目樹，然后選擇PLC訂貨號(hào)“6ES7 516-3AN00-0BA0”，后點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕插入：

6.成功插入PLC后，STEP 7 Professional V12 軟件會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到設(shè)備視圖。接下來我們要做的是在主機(jī)架上依次插入一個(gè)16通道的數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊和一個(gè)數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊。首先，添加DQ模塊：在“設(shè)備視圖”右側(cè)的產(chǎn)品目錄中，依次點(diǎn)擊“DQ”、“DQ 16*24VDC/0.5A ST”左側(cè)的小箭頭展開項(xiàng)目樹，然后用鼠標(biāo)點(diǎn)中訂貨號(hào)“6ES7 522-1BH00-0AB0”，按住鼠標(biāo)左鍵不放，將DQ模塊拖拽到2號(hào)槽位上，松開鼠標(biāo)：

7.現(xiàn)在我們?cè)俨迦胍粋€(gè)DI模塊：在“設(shè)備視圖”右側(cè)的產(chǎn)品目錄中，依次點(diǎn)擊“DI”、“DI 16*24VDC HF”左側(cè)的小箭頭展開項(xiàng)目樹，然后用鼠標(biāo)點(diǎn)中訂貨號(hào)“6ES7 521-1BH00-0AB0”，按住鼠標(biāo)左鍵不放，將DI模塊拖拽到3號(hào)槽位上，松開鼠標(biāo)：

8.設(shè)備組態(tài)至此已經(jīng)完成，在項(xiàng)目視圖下方的“設(shè)備概覽”中，我們可以查看到系統(tǒng)默認(rèn)分配的數(shù)字量輸出地址是QB0~QB1，數(shù)字量輸入的地址是IB0~IB1：

9.編寫變量表：為了提高程序的可讀性，我們需要對(duì)I/Q地址起一些符號(hào)名。

----1.雙擊項(xiàng)目樹中的“顯示所有變量”

1.用戶程序運(yùn)行在CPU模塊中，CPU模塊內(nèi)沒有程序裝載存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)在的存儲(chǔ)卡中里，概念同S7-300。存儲(chǔ)卡需要單獨(dú)訂貨。CPU目前有三種型號(hào)：

CPU 1511-1 PN

CPU 1513-2 PN

CPU 1516-3 PN/DP

三個(gè)CPU型號(hào)從上至下性能由低到高排列，區(qū)別于指令執(zhí)行速度，各種地址空間尺寸，內(nèi)存大小，集成通訊口種類個(gè)數(shù)等等方面，具體請(qǐng)參考對(duì)應(yīng)的CPU手冊(cè)。

2.對(duì)于PLC系統(tǒng)，用戶程序處理的是輸入/輸出(I/O)信號(hào)直接的邏輯關(guān)系。那么往往系統(tǒng)需配置I/O模塊，S7-1500的CPU模塊自身沒有集成I/O，I/O信號(hào)輸入通過拓展I/O模塊進(jìn)行輸入輸出。常見I/O信號(hào)有，

數(shù)字量輸入(DI)：也就是開關(guān)量(還有稱作離散量)信號(hào)輸入

數(shù)字量輸出(DQ)：開關(guān)量信號(hào)輸出

模擬量輸入(AI)：連續(xù)量輸入，如電壓-10V ～ +10V, 4 ～ 20mA等

模擬量輸出(AQ)：連續(xù)量輸出

還有脈沖輸入(PI)， 脈沖輸出(PQ)等

3.S7-1500的數(shù)字量輸入模塊

DI 32x24VDC HF

DI 16x24VDC HF

DI 16x230VAC BA

DI 16x24VDC SRC BA

型號(hào)簡(jiǎn)介：

DI： Digital input，數(shù)字量輸入

32x24VDC：共32個(gè)輸入通道 (點(diǎn)) ，電壓規(guī)格為直流24V

16x230VDC：共16個(gè)輸入通道 (點(diǎn)) ，電壓規(guī)格為交流230V

BA：Basic，基本型

HF：High feature, 高性能型

SRC： Source Input， 源型輸入 ，未標(biāo)識(shí)為漏型。

4.S7-1500的數(shù)字量輸出模塊

DQ 16x24VDC/0.5A ST

DQ 32x24VDC/0.5A ST

DQ 8x24VDC/2A HF

DQ 8x230VAC/2A ST

DQ 8x230VAD/5A ST

DQ： Digital Ouput, 數(shù)量輸出

16x24VDC：共16個(gè)輸出通道，輸出電壓為DC24V, 容量每個(gè)通道大0.5A。

HF：High Feature, 高性能型，通常意味著模塊帶診斷功能。相對(duì)應(yīng)的是ST(Standard，標(biāo)準(zhǔn))型，無診斷功能。