西门子授权总经销商 6ES7553-1AA00-0AB0 S7-1500，TM PTO 4 接口模块
6ES7553-1AA00-0AB0
SIMATIC S7-1500，TM PTO 4 接口模块 用于步进驱动 4 通道脉冲序列输出 PTO：24V，RS-422，5V， 2 DI，每个通道 1 DQ 24VDC
PID_Temp 方框图 以下方框图说明如何在 PID_Temp 中集成 PID 算法。 Scale Scale PWM PWMScale Scale Scale Scale Scale Limit Limit Limit Limit ScaledInputCurrentSetpoint PidOutputSum 0 1 Config.ActivateCooling 0.0 0 1 0 01 FALSE PidOutput OffsetCool PIDSelfTune.TIR. OutputOffsetCoolPIDSelfTune.TIR. OutputOffsetHeat ≠ 2 = 2 0 OutputCool_PER ≠ 1 = 1Config.Output.Cool.Select FALSE OutputCool OutputCool_PWM ≠ 2 = 2 0OutputHeat_PER ≠ 1 = 1 Config.Output.Heat.Select FALSE OutputHeat-1 Split Split OutputHeat_PWM PidOutput OffsetHeat = 4 = 3 StateManualValue 1 0 SubstituteSetpointOn Disturbance SubstituteSetpointSetpoint InputWarning_L InputWarning_H CtrlParams 0 1 InputInputPEROn Input_PER sgnz -1 Heat.Gain Heat Ti … Cool.Gain Cool.Ti... PV_ALRM PIDT1 Anti Windup 比例增益 该值用于指定控制器的比例增益。PID_Temp运行时不使用负比例增益，且只支持常规控制方 向，也就是说过程值会随着 PID 输出值 (PidOutputSum) 的增加而增加。142 PID 控制 功能手册, 11/2022, A5E35300232-AF 使用 PID_Temp 7.2 组态PID_Temp 积分作用时间 积分作用时间用于确定积分作用的时间特性。积分作用时间 = 0.0 时，将禁用积分作用。当积分作用时间在“自动模式”下通过在线方式由不同值变为 0.0，则**先前的积分操作且输出值 跳跃。 微分作用时间微分作用时间用于确定微分作用的时间特性。微分作用时间 = 0.0 时，将禁用微分作用。 微分延迟系数微分延迟系数用于延迟微分作用的生效。 微分延迟 = 微分作用时间 × 微分延迟系数 •0.0：微分作用仅在一个周期内有效，因此几乎不产生影响。 • 0.5：实践证明，该值对具有一个主时间常数的受控系统很有效。 •> 1.0：系数越大，微分作用的生效时间延迟越久。 比例作用权重 改变设定值有可能削弱比例作用。 允许使用 0.0 到 1.0之间的值。 • 1.0：应对设定值变化的比例作用完全有效 • 0.0：应对设定值变化的比例作用无效当过程值变化时，比例作用始终完全有效。 微分作用权重 微分作用随着设定值的变化而减弱。 允许使用 0.0 到 1.0 之间的值。 •1.0：设定值变化时微分作用完全有效 • 0.0：设定值变化时微分作用不生效 当过程值变化时，微分作用始终完全有效。 PID算法采样时间 受控系统需要一定的时间来对输出值的变化做出响应。因此，建议不要在每次循环中都计算输 出值。“PID算法”的采样时间是两次计算 PID 输出值之间的时间。该时间在调节期间进行计 算，并舍入为 PID_Temp 采样时间的倍数（循环中断OB 的循环时间）。PID_Temp 的所有其 它功能会在每次调用时执行。 如果使用 OutputHeat_PWM 或OutputCool_PWM，PID 算法的采样时间将用作脉宽调制的持 续时间。输出信号的精度由 PID 算法采样时间与 OB的周期时间之比来确定。该周期时间不应 超出 PID 算法采样时间的十分之一。 143 使用 PID_Temp 7.2 组态PID_Temp PID 控制 功能手册, 11/2022, A5E35300232-AF 用作 OutputCool_PWM脉宽调制持续时间的 PID 算法采样时间取决于在“输出基本设置”中选择 的加热/制冷方法： • 如果使用制冷系数，则“加热的 PID算法采样时间”同样适用于 OutputCool_PWM。 • 如果使用 PID 参数切换，则“制冷的 PID 算法采样时间”可用作OutputCool_PWM 的持续时 间。 如果使用 OutputHeat_PWM 或 OutputCool_PWM 时 PID算法采样时间和脉宽调制的持续时间 过长，则可在 Config.Output.Heat.PwmPeriode 或Config.Output.Cool.PwmPeriode 参数中指 定一个存在偏差的较短的持续时间，以改善过程值的平滑度。 死区宽度如果过程值受到噪声影响，则噪声也会对输出值产生影响。当控制器增益较高并且激活微分作用时，输出值会出现明显的波动。如果过程值位于设定值附近的死区内，则控制偏差会受到抑 制，这样 PID算法就不会做出响应并且会减少输出值不必要的波动。 在调节过程中，加热或制冷过程的死区宽度不会自动设置。必须手动对死区宽度进行正确组态。如果将死区宽度设置为 0.0，会禁用死区。 启用死区后，结果可能是**控制偏差（设定值与过程值之间的偏差）。这可能对**调节产生**影响。 如果已在基本设置中激活了制冷，并且在输出设置中将 PID 参数切换选作加热/制冷方法，则 死区位于“设定值 -死区宽度（加热）”和“设定值 + 死区宽度（制冷）”之间。 如果已在基本设置中禁用了制冷，或使用了制冷系数，则死区对称地位于“设定值- 死区宽度 （加热）”和“设定值 + 死区宽度（加热）”之间。 如果将不等于 1.0的值组态为比例作用权重或微分作用权重，则即使在死区内，设定值的变化 也会影响输出值。无论权重如何，死区内的过程值变化都不会影响输出值。 5HWDLQ&WUO3DUDPV +HDW'HDG=R&WUO3DUDPV &RRO'HDG=RQH 5HWDLQ&WUO3DUDPV+HDW'HDG=RQH 禁用制冷或使用制冷系数时的死区（左），或激活制冷并采用 PID 参数切换时的死区（右）。x/水平轴表示控制偏差 = 设定值 - 过程值。y/垂直轴表示传送到 PID 算法的死区输出信号。 控制区宽度如果过程值不处于设定值附近的控制区，控制器将输出*小输出值或*大输出值。这意味着， 过程值会更快地到达设定值。如果过程值位于设定值附近的控制区内，则输出值通过 PID 算法进行计算。只有将“PID（温度）”选作制冷或加热过程的控制器结构时，才会在预调节过程中自动设置加热 或制冷的控制区宽度。 如果将控制区宽度设置为3.402822e+38，会禁用控制区。 如果已在基本设置中禁用了制冷，或使用了制冷系数，则控制区对称地位于“设定值 - 控制区宽度（加热）”和“设定值 + 控制区宽度（加热）”之间。 144 PID 控制 功能手册, 11/2022,A5E35300232-AF 使用 PID_Temp 7.2 组态 PID_Temp 如果已在基本设置中激活了制冷，并且在输出设置中将PID 参数切换选作加热/制冷方法，则 控制区位于“设定值 - 控制区宽度（加热）”和“设定值 + 控制区宽度（制冷）”之间。,QSXW 3LG2XWSXW6XP &R/RZHU/LPLW 3LG2XWSXW6XP&R&RRO3LG/RZHU/LPLW 6HWSRLQW W 3LG2XWSXW6XP&R8SSHU/LPLW 6HWSRLQW 5HWDLQ&WUO3DUDPV+HDW&RQWURO=RQH 6HWSRLQW 5HWDLQ&WUO3DUDPV+HDW&RQWURO=RQH 禁用制冷或使用制冷系数时的控制区。 W 3LG2XWSXW6XP&R8SSHU/LPLW 3LG2XWSXW6XP&R&RRO3LG/RZHU/LPLW 6HWSRLQW 5HWDLQ&WUO3DUDPV&RRO&RQWURO=RQH 6HWSRLQW 5HWDLQ&WUO3DUDPV+HDW&RQWURO=RQH 6HWSRLQW ,QSXW 激活制冷并采用 PID 参数切换时的控制区。 调节的规则从“控制器结构”(Controller structure) 下拉列表中选择要计算 PI 还是 PID 参数。可分别指定适用于加热和制冷的调节规则。 • PID（温度） 在预调节和**调节期间计算 PID 参数。预调节专门用于温度控制过程，可生成更慢、更为渐近的控制响应，与“PID”选项相比过调 很少。**调节与“PID”选项相同。只有选择此选项后，预调节期间才会自动确定控制区宽度。 • PID 在预调节和**调节期间计算 PID 参数。 • PI在预调节和**调节期间计算 PI 参数。 • 用户自定义如果通过用户程序或参数视图为预调节和**调节组态了不同的控制器结构，则下拉列表 会显示“用户自定义”(User-defined)。145 使用 PID_Temp 7.2 组态 PID_Temp PID 控制 功能手册, 11/2022,A5E35300232-AF 7.3 调试 PID_Temp 7.3.1 调试 调试窗口有助于您调试 PID 控制器。可以在趋势视图中监视加热和制冷的设定值、过程值以 及输出值随时间轴的变化。调试窗口支持以下功能： • 控制器预调节 • 控制器**调节使用**调节对 PID 参数进行**调节。 • 在趋势视图中监视当前闭环控制 • 通过指定手动 PID输出值和替代设定值来测试受控系统 • 将 PID 参数的实际值保存到离线项目。 所有功能都需要与 CPU 建立在线连接。 如果尚未与CPU 建立在线连接，应建立此连接，然后通过趋势视图的“全部监视”(Monitor all) 或“启动”(Start)按钮使调试窗口运行。 趋势视图的操作 • 从“采样时间”(Sampling time) 下拉列表中，选择所需的采样时间。趋势视图的所有值按所选的采样时间进行更新。 • 如果要使用趋势视图，请单击测量组中的“启动”(Start) 图标。 将启动值记录操作。加热和制冷的设定值、过程值以及输出值的当前值将输入到趋势视图 中。 • 如果要结束趋势视图，请单击“停止”(Stop) 图标。可以继续对趋势视图中记录的值进行分析。 关闭调试窗口将终止趋势视图中的记录操作并**所记录的值。 7.3.2 预调节预调节功能可确定对输出值跳变的过程响应，并搜索拐点。根据受控系统的*大斜率与死时间 计算已调节的 PID参数。可在执行预调节和**调节时获得** PID 参数。 过程值越稳定，PID参数就越容易计算，结果的精度也会越高。只要过程值的上升速率明显高于噪声，就可以容忍过程值的噪声。处于“未激活”或“手动模式”工作模式时就很可能出现这种 情况。重新计算前会备份 PID 参数。PID_Temp 可根据组态提供不同的预调节类型： • 预调节加热 加热输出值输出跳变，计算加热过程的 PID参数，然后将设定值用作自动模式的控制变 量。 • 预调节加热和制冷 加热输出值输出跳变。 只要过程值接近设定值，制冷输出值便输出跳变。计算加热（Retain.CtrlParams.Heat 结构）和制冷（Retain.CtrlParams.Cool 结构）过程的PID 参数，然后将设定值用作自动模式的控制变量。 • 预调节制冷 制冷输出值输出跳变。 计算制冷的 PID参数，然后将设定值用作自动模式的控制变量。 146 PID 控制 功能手册, 11/2022, A5E35300232-AF 使用PID_Temp 7.3 调试 PID_Temp 如果要调节加热和制冷过程的 PID 参数，先后使用“预调节加热”(Pretuningheating) 和“预调节 制冷”(Pretuning cooling) 与单独使用“预调节加热和制冷”(Pretuningheating and cooling) 相 比，可获得更好的控制响应。但是，分两个步骤进行预调节耗费的时间较长。 常规要求 •已在循环中断 OB 中调用 PID_Temp 指令。 • ManualEnable = FALSE • Reset = FALSE •PID_Temp 处于下列模式之一：“未激活”、“手动模式”或“自动模式”。 • 设定值和过程值均在组态的限值范围内（请参见过程值监视(页 137)组态）。 预调节加热的相关要求 • 设定值与过程值的差值大于过程值上限与过程值下限之差的 30%。 •设定值与过程值的差值大于设定值的 50%。 • 设定值大于过程值。 预调节加热和制冷的相关要求 • 在“基本设置”中已激活制冷输出(Config.ActivateCooling = TRUE)。 • 在“输出值的基本设置”中已激活 PID 参数切换(Config.AdvancedCooling = TRUE)。 • 设定值与过程值的差值大于过程值上限与过程值下限之差的 30%。• 设定值与过程值的差值大于设定值的 50%。 • 设定值大于过程值。 预调节制冷的相关要求 • 在“基本设置”中已激活制冷输出(Config.ActivateCooling = TRUE)。 • 在“输出值的基本设置”中已激活 PID 参数切换(Config.AdvancedCooling = TRUE)。 •已成功执行“预调节加热”或“预调节加热和制冷”(PIDSelfTune.SUT.ProcParHeatOk = TRUE)。对于所有调节，应使用同一设定值。 • 设定值与过程值的差值小于过程值上限与过程值下限之差的 5%。 步骤要执行预调节，请按下列步骤操作： 1. 在项目树中双击“PID_Temp > 调试”(PID_Temp >Commissioning) 条目。 2. 激活“全部监视”(Monitor all) 按钮或启动趋势视图。 将建立在线连接。 147使用 PID_Temp 7.3 调试 PID_Temp PID 控制 功能手册, 11/2022, A5E35300232-AF 3.从“调节模式”(Tuning mode) 下拉列表中选择所需的预调节条目。 4. 单击“Start”图标。 – 将启动预调节功能。 –“状态”(Status) 字段显示当前步骤和所发生的所有错误。进度条指示当前步骤的进度。 说明如果进度条（“进度”变量）长时间无变化，猜测可能是调节功能受到限制时，请单击“Stop”图标。检查工艺对象的组态，必要时请重新启动控制器调节功能。 结果 如果执行预调节时未产生错误消息，则 PID参数已调节完毕。PID_Temp 将切换到自动模式并 使用已调节的参数。在电源关闭以及重启 CPU 期间，已调节的 PID参数保持不变。 如果无法实现预调节，PID_Temp 将根据已组态的响应对错误作出反应。 7.3.3 **调节**调节将使过程值出现恒定受限的振荡。将根据此振荡的幅度和频率为工作点调节 PID 参 数。PID参数将根据结果重新计算。**调节得出的 PID 参数通常比预调节得出的 PID 参数具有更好的主控和扰动特性。可在执行预调节和**调节时获得** PID 参数。 PID_Temp将自动尝试生成大于过程值噪声的振荡。过程值的稳定性对**调节的影响非常 小。重新计算前会备份 PID 参数。 PID_Temp可根据组态提供不同的**调节类型： • **调节加热： PID_Temp 使过程值出现振荡，加热输出值发生周期性变化，并计算加热过程的PID 参数。 • **调节制冷： PID_Temp 使过程值出现振荡，制冷输出值发生周期性变化，并计算制冷的 PID 参数。加热/制冷控制器的临时调节偏移量 如果将 PID_Temp 用作加热/制冷控制器 (Config.ActivateCooling =TRUE)，则相应设定值对应 的 PID 输出值 (PidOutputSum) 必须符合以下要求，这样才能使过程值出现振荡从而成功进行**调节： • **调节加热的 PID 输出值为正 • **调节制冷的 PID 输出值为负如果不满足上述条件，则可以为**调节指定一个临时偏移量，以在具有相反效果的输出上输 出。 • **调节加热过程时的制冷输出偏移量(PIDSelfTune.TIR.OutputOffsetCool)。启动调节前，输入负的制冷调节偏移量，该偏移量小于静止状态下相应设定值对应的 PID 输出值 (PidOutputSum)。 •**调节制冷时的加热输出偏移量 (PIDSelfTune.TIR.OutputOffsetHeat)启动调节前，输入正的加热调节偏移量，该偏移量大于静止状态下相应设定值对应的 PID 输出值 (PidOutputSum)。 148PID 控制 功能手册, 11/2022, A5E35300232-AF 使用 PID_Temp 7.3 调试 PID_Temp随后，由 PID 算法抵消指定的偏移量，从而使过程值保持为设定值。偏移高度允许对 PID 输出 值进行相应调整从而使其满足上述要求。为避免在定义偏移量后过程值过调较大，还可以分多步增大偏移量。 如果 PID_Temp 退出**调节模式，将重置调节偏移量。示例：指定**调节制冷的偏移量 • 不指定偏移量 – Setpoint = 过程值 (ScaledInput) =80 °C – PID 输出值 (PidOutputSum) = 30.0 – 加热输出值 (OutputHeat) =30.0 – 制冷输出值 (OutputCool) = 0.0 只有制冷输出无法使过程值围绕设定值振荡。此时无法执行**调节。 •加热输出的偏移量 (PIDSelfTune.TIR.OutputOffsetHeat) = 80.0 – Setpoint = 过程值(ScaledInput) = 80 °C – PID 输出值 (PidOutputSum) = -50.0 – 加热输出值(OutputHeat) = 80.0 – 制冷输出值 (OutputCool) = -50.0由于指定了加热输出的偏移量，加热输出现在可以使设定值附近的过程值出现振荡。现 在可以成功执行**调节。 常规要求 • 已在循环中断OB 中调用 PID_Temp 指令。 • ManualEnable = FALSE • Reset = FALSE •设定值和过程值均处于组态的限值范围内（请参见“过程值设置”组态）。 •控制回路已稳定在工作点。过程值与设定值一致时，表明到达了工作点。启用死区时，结果可能是**控制偏差（设定值与实际值之间的偏差）。这可能对**调 节产生**影响。 • 不能被干扰。 •PID_Temp 处于未激活模式、自动模式或手动模式。 **调节加热的相关要求 • Heat.EnableTuning = TRUE• Cool.EnableTuning = FALSE • 如果将 PID_Temp 组态为加热和制冷控制器(Config.ActivateCooling = TRUE)，则在达到要 开始调节的工作点时必须激活加热输出。PidOutputSum > 0.0（请参见调节偏移量）