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比较简单的实现PID闭环控制的方法

PID控制的难点在于整定控制器的参数。为了学习整定PID控制器参数的方法，必须做闭环实验，开环运行PID程序没有任何意义。用硬件组成一个闭环需要PLC的CPU模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，此外还需要被控对象、检测元件、变送器和执行机构。例如可以用电热水壶作为被控对象，用热电阻检测温度，用温度变送器将温度转换为标准电压，用移相控制的交流固态调压器作执行机构。
 有没有比较简单的实现PID闭环控制的方法呢？
 在控制理论中，用传递函数来描述被控对象、检测元件、执行机构和PID控制器。
 被控对象一般是串联的惯性环节和积分环节的组合。在实验室可以用以运算放大器为核心的模拟电路来模拟广义的被控对象（包括检测元件和执行机构）的传递函数。我曾将这种运放电路用于S7-200和S7-1200的PID参数自动调节实验。
 用运算放大器模拟被控对象一般需要做印刷电路板，还是比较麻烦。有没有更简单的方法呢？
 除了用运算放大器来模拟被控对象的传递函数，也可以用PLC的程序来模拟。为此我编写了用来模拟被控对象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模拟的被控对象的PID闭环示意图如下图所示，虚线右边是被控对象，DISV是系统的扰动输入值。虚线左边是PLC的PID控制程序。
 


 被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节，其增益为GAIN，3个惯性环节的时间常数分别为TIM1～TIM3。其传递函数为
 


 分母中的“s”为自动控制理论中拉普拉斯变换的拉普拉斯算子。将某一时间常数设为0，可以减少惯性环节的个数。图中被控对象的输入值INV是PID控制器的输出值。被控对象的输出值OUTV作为PID控制器的过程变量（反馈值）PV。
 下图是模拟被控对象的子程序，实际上只用了两个惯性环节，其时间常数分别为5000ms和2000ms。用与PID的采样周期相同的定时中断时间间隔来调用这个子程序。
 


 下图是用来监视PID回路运行情况的STEP 7-Micro/WIN的PID调节控制面板，可以用它进行PID参数自整定或手动调节PID参数的实验。标有PV（即被控量）的是过程变量的阶跃响应曲线。
 


 将上图中的积分时间由0.03min（分钟）增大到0.12min，下图的超调量有明显的减小。通过修改PID的参数，观察被控量阶跃响应曲线给出的超调量和调节时间等特征量的变化情况，可以形象直观、快速地学习和掌握PID参数的整定方法。
 

西门子PLC重新下载程序后不能手动操作的处理过程

作为一名刚刚入门的工控人，才开始不久便接到了一个棘手的问题，公司的树脂小件线系统在重新下载程序后不能手动操作了。我原来是做设备维修的，对程序了解的不多，公司的小件线是西门子s7200和维纶通人机界面共同控制的一个系统。
自学西门子s7200PLCbianchengruanjian/&＃39; target=&＃39;_blank&＃39;>PLC编程及维纶通MT8150X人机界面使用手册，通过查阅相关资料、咨询厂家，最终发现导致树脂小件线设备不能手动操作的原因是PLC中的手动操作地址与人机界面中的手动操作地址不一致。PLC中手动操作地址为M0.1，而人机界面中的手动操作地址为M30.1，直接在PLC编辑菜单中用查找与替换选项查找M0.1，把程序中所有的M0.1替换成M30.1，把更改好的程序保存好下载到PLC之后，重启PLC与人机界面。原来在手动档时在人机界面中看不到的手动操作按钮出现了，直接启动的设备都可以手动直接启动了，但是用变频器控制的设备一个也启动不了。后来在手动一步步更改PLC程序中的手动操作地址时发现了问题的症结，原来在查找和替换的时候电脑把变频启动中的特殊标志位SM0.1替换成了SM30.1，也就是电脑在识别M0.1的时候把SM0.1分开了，分成了S和M0.1，从而导致了变频器通信不能初始化，用于变频器控制的USS协议不能正常通信，变频控制的设备也就无法启动。明白了这个问题后，手动更改了SM30.1，直接更改为SM0.1，重启PLC后一切正常，直接启动和变频启动的设备都可以正常手动启动了。这个过程让我感受颇深，看来有时候电脑的智能操作带来的结果并不是我们需要的，就像一个电脑装系统的时候，有时候ghost版的系统就是装不上，还就需要那种纯净版的，一步一步来！

调试前的组网故障问题总结

 在每一次调试前，我们要做的工作就是把硬件全部组态正确，网络组建好。此时，才能把程序下载进去进行软硬件的调试。然而，就是这前期的组网问题，往往能够遇到千奇百怪的问题。不管经历过多少的弯路，最终都会把项目调试完成。只不过是顺利不顺利的问题。下面就我经历过的一些小白问题，跟大家分享下。

1、模块已组态，但不可用，预设值/实际值不匹配:(插入的模块和组态的模块类型不同) 期望的型号 ，与当前型号不匹配或是 不可用。

   这样的故障最为常见了。那么，很有可能的原因：（1）就是检查组态型号和实际模块型号是否一致。不过这样的原因很小，因为大家做工程都很谨慎，（2）就是硬件上有些模块没能正确连接上，导致故障出现。也会出现此类故障现象。我遇到a.西门子ET200S上的高性能直接启动器模块与底板插接处，因为接线工的暴力，竟然把链接处的插针压弯了。表面上安装到位了。实际没有到位。这样导致ET200S故障，导致CPU也会出现上面的故障。当时，换了模块也不行，换了底板才发现插针已经损坏。b.实际安装的模块数量比软件组态中的数量模块多一个，但是多这个模块没有用，只是备用。但是，软件中的硬件组态下载到CPU中，硬件多一个模块，虽然没有接外边传感信号，但是它在ET200S接口模块上。这个故障让我很郁闷。大致一看，没有问题。都是正确的。但是，仔细检查，少组态了一个备用的模块。同样也会出现上面的故障信息。

  2、针对总线没有连通，我遇到的情况跟大家分享下。

 （1）ProfiNet网络不能正常连接

a、网线硬件连接就是错误的。由于接线都是接线工来操作。根据在线诊断，定位故障的子站或是分站的设备。 我都是再另外做一根长的网线，单独拉一根到出故障的设备上面，进行检测。直接判断出，网线的硬件接线错误。b.干扰问题所致。当时，我的网络总线布置是分站和变频器走在一路上面，星型连接。每一路上面都是ET200S子站和变频器。当时组态没有问题，但是真正运行时候，就出现网络故障。后来在网络布置上进行更改，一路上把子站放一路，把变频器放一路，这样重新布置网络，重新布线，避免了上面的问题。

 （2）ProfiBus网络不能正常连接

a.设备初期运行正常，运行了半年之后，就总是出现丢站的现象。当时，以为是干扰所致，就把所有屏蔽做了检测和修改。故障仍然出现。总线电缆也是西门子原装的。后来就更改网络结构。把CPU上的DP接口放在总线的中间，终端电阻打到OFF，然后，两边再连接其他DP站。原来是CPU放在DP总线的开始端，这样经过更改之后，故障不出现了。这根通讯的据率和速率有关系导致这个故障出现。

b、DP总线一直故障，连接不上。从硬件检查，包括DP设备上拨码开关。软件参数的检查都没有问题。但是始终通讯不上。这个故障让我折腾很长时间才找出问题。当时，也是把通讯电缆和动力电缆分开布线，降低通讯速率，终端电阻检查，屏蔽接线的检查。都没有问题。

   原来是DP接头安放的位置不对所致的。 我CPU下挂了机器人。机器人对CPU来说是从站，但是机器人自身有下挂了ET200L作为这个模块的主站。这样，机器人作为CPU从站，作为ET200L模块的主站。DP总线需要两个DP接头，一个是从CPU过来的，一个是从ET200L过来。都要接在机器人上安装的CP5614 A2这个通讯卡上面。同时，要***机器人内部通讯参数配置正确，I.O驱动配置正确。以为这方面原因，折腾来折腾去的。反复配置断电重启。都不行。看终端电阻的位置也都正确。后来静心想了下，漏 一个环节，因为接线安装都是工人在操作。我一看DP接头硬件安装位置机不对，导致整个DP总线就不能通讯。后来把两个DP接头在机器人控制柜内换下位置就全部好了。

  上面是我们都经常在调试前遇到小问题，只是我们做调试前，细心点，冷静点，都能把这些问题快速解决。

西门子S7-200PLV的PID控制算法中的一个问题

请问PID控制中，当输出超出范围后执行  MX = 1.0 - (MPn + MDn ) 和MX = - (MPn + MDn)，这两条算法的作用是什么呢？”
答：这两个公式用来对PID的输出限幅。S7-200的系统手册的PID“变量和范围”中有下面的内容：
“输出变量是由PID运算产生的，所以在每一次PID运算完成之后，需更新回路表中的输出值，输出值被限定在0.0~1.0之间。
如果使用积分控制，积分项前值要根据PID运算结果更新。这个更新了的值用作下一次PID运算的输入，当计算输出值超过范围(大于1.0或小于0.0)，那么积分项前值必须根据下列公式进行调整：
MX=1.0 –（MPn + MDn）   当计算输出Mn > 1.0
或
MX= –（MPn + MDn）      当计算输出Mn < 0.0
其中：
MX是调整过的偏差的数值
MPn是在采样时间n时回路输出比例项数值
MDn是在采样时间n时回路输出微分项数值
Mn是在采样时间n时回路输出数值”
在系统手册的积分项部分，对积分项公式中的MX的解释如下：“MX是在采样时刻n–1时的积分项的数值(也称为积分和或偏差)。”
“积分和(MX)是所有积分项前值之和。在每次计算出MIn之后，都要用MIn去更新MX。”
可见可以将MX视为PID的输出的积分部分MIn。PID的输出Mn= MPn + MIn + MDn= MPn + MX + MDn
上面的两个公式实际上是用来对PID的输出限幅的。
当Mn > 1.0时，令Mn = MPn + MX + MDn= 1.0，所以MX=1.0 –（MPn + MDn）
当Mn > 0.0时，令Mn = MPn + MX + MDn= 0.0，所以MX= –（MPn + MDn）