西门子S7-1200 6ES7212-1HE40-0XB0 CPU 1212C 紧凑型 CPUDC/DC/继电器

SIMATIC S7-1200，CPU 1212C， 紧凑型 CPU，DC/DC/继电器， 机载 I/O： 8 DI 24V DC；6个 2A 继电器数字输出； 2 AI 0-10V DC， 电源：DC 20.4-28.8V DC， 程序/数据存储器 100KB

S7-1200 PID Compact V2 组态步骤

使用 PID 功能，必须先添加循环中断，需要在循环中断中添加 PID_Compact指令。在循环中断的属性中，可以修改其循环时间。

图1.添加循环中断后在属性界面修改其循环时间

因为程序执行的扫描周期不相同，一定要在循环中断里调用 PID 指令。
注意：为保证以恒定的采样时间间隔执行 PID指令，必须在循环 OB 中调用。

在“指令 > 工艺 > PID 控制 > Compact PID（注意版本选择） >PID_Compact”下，将 PID_Compact 指令添加至循环中断。

图2.在循环中断中添加 PID_Compact 指令

当添加完 PID_Compact 指令后，在项目树 > 工艺对象文件夹中，会自动关联出PID_Compact_x[DBx]，包含其组态界面和调试功能。

图3.工艺对象中关联生成 PID_Compact

使用 PID 控制器前，需要对其进行组态设置，分为基本设置、过程值设置、设置等部分。

图4.PID_Compact 组态界面

基本设置

1、基本设置--控制器类型
a. 为设定值、过程值和扰动变量选择物理量和测量单位。
b. 正作用：随着 PID 控制器的偏差增大，输出值增大。 反作用：随着PID控制器的偏差增大，输出值减小。PID_Compact反作用时，可以勾选“反转控制逻辑”；或者用负比例增益。
c. 要在 CPU 重启后切换到“模式”(Mode) 参数中保存的工作模式，请勾选“在 CPU重启后激活模式”。

图5. PID_Compact > 基本设置 > 控制器类型

2、基本设置--定义 Input/Output 参数
定义 PID 过程值和输出值的内容，选择 PID_Compact 输入、输出变量的引脚和数据类型。

图6. PID_Compact > 基本设置 > 定义 Input/Output

过程值设置

1、过程值设置--过程值限值
必须满足过程值下限<过程值上限。如果过程值超出限值，就会出现错误 (ErrorBits = 0001h)。

图7. 设置过程值限值

2、过程值设置--过程值标定
a. 当且仅当在 Input/Output 中输入选择为 “Input_PER” 时，才可组态过程值标定。
b. 如果过程值与模拟量输入值成正比，则将使用上下限值对来标定 Input_PER。
c. 必须满足范围的下限<上限。
 
图8. 进行过程值标定

设置

1、设置--过程值监视
a. 过程值的监视限值范围需要在过程值限值范围之内。
b. 过程值超过监视限值，会输出警告。过程值超过过程值限值，PID输出报错，切换工作模式。

图9.设置过程监控值设置，与过程值限对比

2、设置-- PWM 限制
输出参数 Output 中的值被转换为一个脉冲序列，该序列通过脉宽调制在输出参数 Output_PWM 中输出。在 PID算法采样时间内计算 Output，在采样时间 PID_Compact 内输出 Output_PWM。

图10.PID_Compact 的 PWM 输出原理

a. 为大程度地减小工作频率并节省执行器，可延长短开/关时间。
b. 如果要使用 “Output” 或 “Output_PER”，则必须分别为短开关时间组态值 0.0。
c. 脉冲或中断时间永远不会小于短开关时间。例如，在当前 PID算法采样周期中，如果输出小于短接通时间将不输出脉冲，如果输出大于（PID 算法采样时间-短关闭时间） 则整个周期输出高电平。
d. 在当前 PID 算法采样周期中，因小于短接通时间未能输出脉冲的，会在下一个 PID算法采样周期中累加和补偿由此引起的误差。
短开/关时间只影响输出参数 Output_PWM，不用于CPU 中集成的任何脉冲发生器。

示例：PID_Compact 采样时间=100ms；PID 算法采样时间=1000ms；短开启时间=200ms（即已组态的小接通脉冲为 PID_Compact 的 20%），若此时 PID 输出恒定为 15%。
则在个周期内不输出脉冲，在第二个周期内将个周期内未输出的脉冲累加到第二个周期的脉冲，依次输出。如图 11 所示。

图11.PWM 小开/关时间影响示例图

3、设置--输出值限值
a. 在“输出值的限值”窗口中，以百分比形式组态输出值的限值。 无论是在手动模式还是自动模式下，都不要超过输出值的限值。
b. 手动模式下的设定值 ManualValue，必须介于输出值的下限 （Config.OutputLowerLimit）与输出值的上限 （ Config.OutputUpperLimit ）之间的值。
c. 如果在手动模式下指定了一个超出限值范围的输出值，则 CPU 会将有效值限制为组态的限值。
d. PID_compact 可以通过组态界面中输出值的上限和下限修改限值。广范围为 -100.0 到 100.0，如果采用Output_PWM 输出时限制为 0.0 到 100.0 。

图12.过程监控值设置和过程值限对比

4、设置--对错误的响应
a. 在 PID Compact V1 时，如果 PID 控制器出现错误，PID 会自动切换到“未激活”模式。在PID_Compact V2 时，可以预先设置错误响应时 PID 的输出状态，如图 13所示。以便在发生错误时，控制器在大多数情况下均可保持激活状态。
b. 如果控制器频繁发生错误，建议检查 Errorbits 参数并消除错误原因。

图13.PID 组态设置_对错误的响应

根据错误代码来分析错误原因。根据组态界面所设置的“对错误的响应”，不同错误的响应状态也不一样，如下表所示：

5、设置--手动输入 PID 参数
a. 在 PID Compact 组态界面可以修改 PID 参数，通过此处修改的参数对应工艺对象背景数据块 > Static> Retain > PID 参数。
b. 通过组态界面修改参数需要重新下载组态并重启 PLC。建议直接对工艺对象背景数据块进行操作。

图14.PID 组态设置_手动输入 PID 参数

具体应用“在PIDCompact组态界面里手动输入PID参数，为什么重新下载后新的参数不起作用？”

工艺对象背景数据块

PID Compact 指令的背景数据块属于工艺对象数据块，打开方式：选择项目树 > 工艺对象 >PID_Compact_x[DBy]，操作步骤如图所示：

图15.打开 PID Compact 工艺对象数据块

工艺对象数据块主要分10部分：1-Input，2-Output，3-Inout，4-Static，5-Config，6-CycleTime，7-CtrlParamsBackUp，8-PIDSelfTune，9-PIDCtrl，10-Retain.其中1,2,3这部分参数在 PID_Compact 指令中有参数引脚。
工艺对象数据块的属性为优化的块访问，即以符号进行寻址。

常用的 PID 参数：比例增益、积分时间、微分时间，见工艺对象数据块 > Static > Retain中，如图所示：

图16.PIC Compact 工艺对象数据块中的 PID 参数

工艺对象背景数据块的常见问题

通过触摸屏或第三方设备，如何设置 PID Compact 的参数：如比例增益、积分时间、微分时间？

第三方上位机或触摸屏，多数不能直接访问 S7-1200 中符号寻址的变量。这种情况下，可以使用地址的变量与 PID_Compact工艺对象数据块中的增益、积分、微分的变量之间做数据传送。只需要在第三方设备的用户画面中，访问对应的地址变量即可。PID参数修改后实时生效，不需要重启 PID 控制器和 PLC。如图 17 所示：

1.触摸屏访问的变量是地址寻址，工艺对象背景数据块里对应变量是符号寻址。
2.设置地址变量的保持性，实现断电数据保持。
3.通过指令实现地址与符号地址变量的数据传送。