浅析西门子PLC的PID功能及其使用

[摘 要]按偏差的比例！积分和微分进行控制的控制方案简称为PID控制，西门子PLC标准 PID功能由于结构简明、操作便捷以及良好的使用性能，在工业过程控制中得到了广泛的应用， 本文分析了西门子 PLC 标准 PID 功能初步使用.

[关键词]西门子 PLC PID控制使用

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）04-0410-01 引言

PID控制是连续系统控制中广泛应用的一种控制方法，由于它结构改变灵活，可根据系统的要求，在常规 PID调节的基础上进行多种PID变型控制，如 PI、PD控制，比例PID控制，不完全微分控制，带死区的PID控制等。而且不需要建立精确的控制系统数学模型，有较强的适应性和灵活性。而且PID控制器具有程序设计简单，结构典型，参数调整方便等特点，在工程上容易实现。因此，PID控制器在使用计算机（包括PLC）的数字控制系统和使用模拟量控制器的模拟控制系统中都得到了广泛应用，但随着通讯技术

计算机技术和控制技术的发展，特别是高级设计语言和模块化设计结构的融入，以及模拟量输入＼输出模块的使用，PLC的操作更加灵活，功能不断加强。因此采用PLC进行PID控制已经成为新型工业控制领域的主流控制装置。PID控制框图如下所示： （1）比例控制作用

当过程输出值PV与设定的期望值SV间产生偏差时，比例控制器会自动调节控制变量U大小，控制变量U的大小会朝着减小偏差E的方向变化。比例系数 K越大系统调节速度越快反之速度越慢，如果K过大则会使控制系统出现超调或振荡现象。比例控制器的主要缺点是存在无法消除的静差值，影响了调节精度。 （2）积分控制作用

为了消除静差值，在比例控制器的基础上引入一个积分控制器构成比例积分控制器。控制器积分控制作用与比例控制作用的输出相等时所需的控制时间称为积分常数 Ti，积分常数 Ti的大小决定了积分作用强弱程度。Ti越小积分的控制作用越强，同时系统振荡的衰减速度越慢。当 Ti过小时，甚至会造成系统的持续振荡。Ti越大积分的控制作用越弱，系统消除偏差的时间就越长。积分控制可消除静差，改善了控制系统静态特性，但系统的动态性能变差。

2 理解PID算法

2.1 PID控制器调节输出，保证偏差（e）为零，使系统达到稳定状态，偏差（e）是给定值（SP）和过程变量（PV）的差。PID控制的原理基于下面的算式；输出M（t）是比例项、积分项和微分项的函数 [2]

2.2 为了能让数字计算机处理这个控制算式，连续算式必须离散化为周期采样偏差算式，才能用来计算输出值。数字计算机处理的算式如下：

CPU实际使用的是以上简化改进形式计算PID输出，这个改进型算式是： 3 PLC如何实现PID功能

3.1 S7-200CPU提供了8个给定回路的PID功能，用以实现需要按照PID控制规律进行自动调节的控制任务，比如温度压力和流量控制。PID功能一般需要模拟量输入，以反映被控制物理量的实际数值，称为反馈；而用户设定的调节目标即为给定。PID运算的任务就是根据反馈与给定的相对差值，按照PID运算规律计算出结果，输出数字量控制信号到固态开关元件，或者输出模拟量信号控制变频器等执行机构进行调节，以达到自动维持被控的量跟随给定变化的目的。 3.2 S7-200Z中PID功能核心是PID指令。PID指

令需要为其指定一个以V变量存储区地址开始的PID回路表，以及PID回路号。PID回路表提供了给定和反馈，以及PID参数等数据入口，PID参数等数据入口，PID运算的结果也在回路表输出。

3.3 STEP-Micro/WIN提供了PID Wizard（PID指令向导），可以帮促用户方便生成一个闭环控制过程的PID算法子程序。单击Micor/WIN的Tools浏览条中的“指令向导”图标或在命令菜单中选择

Tools>InstructionWizard，然后在指令向导窗口中选择PID向导进入配置。PID向导使用步骤如下： （1）定义需要配置的PID回路号。 （2）设定PID回路参数。 （3）设定PID回路输入输出参数。 （4）设定回路报警选项。（也可以不选） （5）指定PID运算数据储存区。

（6）指定向导所生成的PID子程序和中断程序名（可用默认的或者自己定义）及添加手动模式。 （7）生成PID子程序，中断程序及符号表等。[3] 完成向导配置后，只要在程序中调用向导生所成的PIDx_INIT即可。 4 结语

借助模拟量输入＼输出模块，利用PLC中的PID

控制指令，可实现对模拟量的PID控制。该系统构建方便，编程简单，所用元件少，成本低，且能达到很好的控制效果。因此采用基于PLC的PID控制器是工业生产中闭环系统控制较好的方案。本文初步介绍了在以PLC为控制器的闭环系统中实现PID功能的使用，希望对学习PLC和PID具有一定的理论价值和实际意义。 参考文献

[1] 金以慧.过程控制[M].北京： 清华大学出版社，1993.

[2] 西门子（ 中国） 有限公司. STEP7 编程手册[M]. 2004.

[3] 西门子（中国）有限公司.深入浅出西门子S7-200PLC（第三版）.