项目27
使用PID指令向导
通过PID向导，编写保持加热温度为一设定值的控制程序。
Micro/Win提供了PID指令向导，可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可 以完成绝大多数PID运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成 PID控制任务。S7-200 CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID指令功能块）。
PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持数字量输出；既支持连续自动调节，也支持 手动参与控制。建议使用此向导对PID编程，以避免不必要的错误。
S7-200 CPU224XP本机集成了两路输入一路输出的模拟量，模拟输入为电压输入，故本项目中的 Pt100，通过一个500W电阻将4～20mA电流转换为2～10V的电压信号送到PLC，对应的温度为0～ 100℃。
控制系统闭环控制典型回路如图27-1所示，其中r (t)为给定值，z(t)为测量获得的实际值，u(t)为控制器输出值。
启动Micro/Win软件，展开“指令树→向导”，双击“PID”，打开PID指令向导，如图27-2所示。
单击图27-2中的“下一步”按钮，进入“PID参数设置”对话框，如图27-3所示。
图27-3中，“回路给定值标定”项定义回路设定值（SP，即给定值）的范围：在低限（Low Range）和高限（High Range）输入域中输入实数，默认值为0.0和100.0，表示给定值的取值范围占过程反馈（实际值）量程的百分比。这个范围是给定值的取值范围，也可以用实际的工程单位数值表示。
对于PID控制系统来说，必须保证给定与过程反馈（实际值）的一致性：
给定与反馈的物理意义一致：这取决于被控制的对象，如果是压力，则给定也必须对应于压力值；如果是温度，则给定也必须对应于温度。
给定与反馈的数值范围对应：如果给定直接是摄氏温度值，则反馈必须是对应的摄氏温度值；如果反馈直接使用模拟量输入的对应数值，则给定也必须向反馈的数值范围换算。
如果给定与反馈的换算有特定的比例关系也可以，如给定可以表示为以反馈的数值范围的百分比数值。
为避免混淆糊涂，建议采用默认百分比的形式。后面编程时，记住这一点就可以了。
图27-3中的“回路参数”项定义PID回路参数，包括：
比例增益：即比例常数。
积分时间：如果不需要积分作用，可以把积分时间设为无穷大“INF”。
微分时间：如果不需要微分回路，可以把微分时间设为0 。
采样时间：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔。在向导完成后，若想要修改此数，则必须返回向导中修改，不可在程序中或状态表中修改。
以上这些参数都是实数。可以根据“经验”或需要“初略”设定这些参数，甚至采用默认值，具体参数还要进行整定。
单击图27-3中的“下一步”按钮，进入PID输入输出参数设定对话框，如图27-4所示。图中“回路输入选项”设定过程变量的输入类型及范围。
过程变量的类型包括Unipolar和Bipolar。Unipolar：单极性，即输入的信号为正，如0～10V或0～20mA等；Bipolar：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。
20% Offset：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6400，20mA对应32000。
反馈输入取值范围在类型设置为Unipolar时，默认值为0～32000，对应输入量程范围0～10V或0～20mA等，输入信号为正；在类型设置为Bipolar时，默认的取值为-32000～+32000，对应的输入范围根据量程不同可以是±10V、±5V等；在选中20% Offset时，取值范围为6400～32000，不可改变。
注意：由前面给定值范围所提到的，反馈输入也可以是工程单位数值。
图27-4中“回路输出选项”定义输出类型，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）。选择模拟量则需设定回路输出变量值的范围，可以选择：
Unipolar：单极性输出，可为0～10V或0～20mA等，范围低高限默认值为0～32000。
Bipolar：双极性输出，可为±10V或±5V等，范围低高限取值-32000～32000。
20% Offset：如果选中20% 偏移，使输出为4～20mA，范围低高限取值6400～32000，不可改变。
如果选择了数字量输出，需要设定此占空比的周期。本例选择数字量输出，占空比周期采用默认值1s。
单击图27-4中的“下一步”按钮，进入回路报警设定对话框，如图27-5所示。向导提供了三个输出来反映过程值（PV）的低限报警、高限报警及模拟量输入模块错误状态。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。
使能低限报警（PV）并设定过程值（PV）报警的低限，此值为过程值的百分数，默认值为0.10，即报警的低限为过程值的10%。此值最低可设为0.01，即满量程的1%。
使能高限报警（PV）并设定过程值（PV）报警的高限，此值为过程值的百分数，默认值为0.90，即报警的高限为过程值的90%。此值最高可设为1.00，即满量程的100%。
使能过程值（PV）模拟量输入模块报错并设定模块于CPU连接时所处的模块位置。“0”就是第一个扩展模块的位置。
单击图27-5中的“下一步”按钮，为PID指令向导分配存储区，如图27-6所示。PID指令（功能块）使用了一个120个字节的V区参数表来进行控制回路的运算工作；此外，PID向导生成的输入/输出量的标准化程序也需要运算数据存储区，需要为它们定义一个起始地址，要保证该地址起始的若干字节在程序的其他地方没有被重复使用。单击“建议地址”，则向导将自动设定当前程序中没有用过的V区地址。自动分配的地址只是在执行PID向导时编译检测到的空闲地址。向导将自动为该参数表分配符号名，不要再自己为这些参数分配符号名，否则将导致PID控制不执行。
单击图27-6中的“下一步”按钮，则进入定义向导所生成的PID初始化子程序和中断程序名及手/自动模式对话框，如图27-7所示。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。
注意：如果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。
PID向导中断用的是SMB34定时中断，在使用了PID向导后，注意在其他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。
单击图27-7中的“下一步”按钮，生成PID子程序、中断程序及符号表等，即完成PID向导的组态。之后，可在符号表中查看PID向导生成的符号表，包括各参数所用的详细地址及其注释，进而在编写程序时使用相关参数。图27-8所示为PID向导生成的符号表示例。
完成PID指令向导的组态后，指令树的子程序文件夹中已经生成了PID相关子程序和中断程序，需要在用户程序中调用向导生成的PID子程序。图27-9所示为在主程序调用PID子程序的清单及注释。调用PID子程序时，不用考虑中断程序。子程序会自动初始化相关的定时中断处理事项，然后中断程序会自动执行。
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需要调试PID参数。由符号表中可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表，包括比例系数、积分时间等。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，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。
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