發布日期：2022-04-26 點擊率：363 品牌：西門子_Siemens
新型S7-200 PLC具有PID參數自整定功能，編程軟件STEP 7 Micro/WIN V4.O版本增加了PID調節控制面板。這兩項功能相結合，使用戶能輕松地實現PID的參數自整定。PID自整定算法推薦接近最優的增益、積分時間和微分時間。
用PID調節控制面板可以啟動、中止自整定過程。控制面板用圖形方式監視整定的結果，還可以顯示可能產生的錯誤或警告。
1．自整定的墓本方法與自整定過程
(1)基本方法
S7-200 PLC使用的自整定算法基于K．J．Astrom和T．Hagglund在1984年提出的繼電反饋算法，該算法在一個穩定的控制過程中產生一個小幅度的持續振蕩，根據過程變量振蕩的周期和幅度的變化，確定最終的頻率和增益，并用它們來求出PID控制器的增益、積分時間和微分時間的推薦值。自整定能用于正作用和反作用的P、PI、PD、PID回路的整定。
(2)自整定的條件
要進行自整定的回路必須處于自動模式，回路的輸出必須由PID指令來控制。如果回路處于手動模式，自整定會失敗。
在啟動自整定之前，控制過程應處于一種穩定狀態。這種穩定狀態是指過程變量已經達到或接近設定值，對于比例控制回路來說，過程變量與設定值之間的差值應恒定，并且輸出不會不規律的變化。開始自整定時，理想的情況是回路輸出值在控制范圍的中點附近。
自整定過程在回路輸出中加入一些小的階躍變化，使控制過程產生振蕩。如果回路輸出值接近其控制范圍的任何一端，自整定過程引入的階躍變化可能使輸出值超出上限或下限。如果出現這種情況，將使自整定產生錯誤，不能得到理想的推薦值。
(3)自動確定滯后和偏差
參數“滯后”( Hysteresis)揩定了過程變量相對于給定值的正負偏移量，過程變量在這個偏移范圍內時，不會使繼電控制器改變輸出值。
參數“偏差”( Deviation)指定了希望的過程變量圍繞給定值的峰一峰值波動量。如果選擇自動計算該值，它將是滯后值的4.5倍。在自整定過程中，將按比例地調節輸出，以減少振蕩的幅值。
自整定除了推薦整定值外，還可以自動確定滯后值和過程變量峰值偏差值。在限制由PID自整定建立的持續振蕩的幅值時，這些參數用于減少過程噪聲的影響，從而更精確地計算出過程的自然振蕩頻率。
如果選擇自動計算滯后值，PID自整定會啟動一個滯后運算序列，在一段時間內對過程變量值采樣，然后根據采樣結果計算出標準差。滯后運算序列至少需要20s采樣時間。得到足夠的采樣值后，就可以計算出標準偏差，滯后值被定義為標準偏差的兩倍。
在自動滯后計算過程中不會進行正常的PID計算。因此，在啟動自整定之前，控制過程處于穩定狀態是至關重要的。這樣可以使滯后值計算得到更好的結果，同時也可以確保在自動滯后運算過程中，控制過程不會失控。
(4)自整定過程
在確定了滯后值和偏差值之后，將初始階躍施加到PID的輸出量，開始執行自整定過程。PID輸出值的階躍變化會使過程變量值產生相應的變化。當輸出值的變化使過程變量超出滯后區范圍時，檢測到一個過零( Zero-Crossing)事件。在發生過零事件時，自整定將向相反方向改變輸出值。自整定過程的波形圖如圖8-43所示。
自整定繼續對過程變量進行采樣，并等待下一個過零事件，該過程總共需要12次過零才能完成。過程變量的峰．峰值（峰值偏差）和過零事件產生的速率都與控制過程的動態特性直接相關。在自整定過程初期，會適當調節輸出階躍值，從而使過程變量的峰一峰值更接
近希望的偏差值。如果兩次過零之間的時間超出過零看門狗間隔時間，自整定過程將以錯誤告終，過零看門狗間隔時間的默認值為2h。
過程變量振蕩的頻率和幅度代表了控制過程的增益和自然頻率。根據在自整定過程中采集的控制過程的增益和自然頻率的相關信息，計算出最終的增益和頻率值，由此可以計算出推薦的增益值、積分時間和微分時間。
自整定過程完成后，回路的輸出將恢復到初始值，在下一掃描周期開始正常的PID計算。
(5)錯誤報警
在自整定執行過程中會產生三種警告。用回路表的ASTAT域中的三位來表示這三種警告，并且一旦被置位，將會一直保持到下一次自整定序列啟動。
1)當偏移設定沒有超過滯后設定的4倍時產生警告O。該項檢測在自滯后已經計算出實際滯后值之后執行。
2)在自整定過程最開始的2.5個循環周期內，如果兩次峰值誤差超出8倍，產生警告1。
3)如果測量到的平均峰值誤差沒有超過滯后值的4倍，產生警告2。
除此之外，還有幾種錯誤情況，見表8-3。
過程變量超限的說明（結果代碼3）如下：
①如果過程變量值在0．O—1.0之間，表示在范圍之內。
②如果在自滯后序列過程中檢測到過程變量超限，自整定會立即被取消并報錯。
③如果在第4次過零之前檢測到過程變量超限，輸出階躍值會被減半，自整定過程重新啟動。此時，如果在第一次過零之后再次出現過程變量超限，自整定會被取消并報錯。
④如果在第4次過零之后檢測到過程變量超限，自整定會立即被取消并報錯。
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