西門(mén)子S7-200 SMART PLC如何實(shí)現(xiàn)PID自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)切換

所謂手自動(dòng)勿擾S7-200 SMART PLC切換，是指在將PID回路從手動(dòng)模式切換到自動(dòng)模式，或者是自動(dòng)模式切換的手動(dòng)模式時(shí)，PID輸出不會(huì)發(fā)生跳變，也就是不會(huì)產(chǎn)生任何波動(dòng)。本文闡述內(nèi)容主要以中的PID功能為實(shí)例。

一、PID 自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)擾動(dòng)切換

有些工程項(xiàng)目中可能需要根據(jù)工藝要求在不同的時(shí)刻投入、或者退出 PID 自動(dòng)控制；退出 PID 自動(dòng)控制時(shí)，控制器的輸出部分可以由操作人員直接手動(dòng)控制。這就是所謂的 PID 手動(dòng)/自動(dòng)切換。

PID 控制處于自動(dòng)方式時(shí)，PID 控制器（以S7-200 SMART 中的 PID 調(diào)節(jié)為例）會(huì)按照 PID 算法，自動(dòng)通過(guò)輸出的作用使過(guò)程反饋值跟隨給定值變化，并保持穩(wěn)定。這是一個(gè)自動(dòng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，改變給定（即設(shè)定值）的值。

PID 控制處于手動(dòng)方式時(shí)，PID 控制器不再起自動(dòng)計(jì)算的作用。這時(shí)，控制回路的輸出是由操作人員手動(dòng)控制、調(diào)整，由操作人員觀察現(xiàn)場(chǎng)的控制效果，從而構(gòu)成人工閉環(huán)控制。

所謂 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制，就是看控制系統(tǒng)的輸出是由 PID 控制器自動(dòng)控制，還是由操作人員手動(dòng)控制。

有些控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能承受較大的沖擊，這就要求在進(jìn)行 PID 自動(dòng)/手動(dòng)切換時(shí)，保持控制輸出的穩(wěn)定。這就是要求無(wú)擾動(dòng)切換。為了達(dá)到 PID 自動(dòng)/手動(dòng)控制的無(wú)擾動(dòng)切換，需要在編程時(shí)注意一些相關(guān)事項(xiàng)。下面分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向?qū)Ь幊虄煞N情況作一介紹。

二、直接使用 PID 指令編程時(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

直接使用 PID 指令塊編寫(xiě) PID 控制程序時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用“調(diào)用/不調(diào)用”指令的方式控制自動(dòng)/手動(dòng)模式。因?yàn)?PID 指令本身已經(jīng)具有實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換的能力，此時(shí)在 PID 指令控制環(huán)節(jié)之外編程沒(méi)有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能（為“1”）時(shí)，我們認(rèn)為是自動(dòng)控制模式；EN 輸入端未使能（為“0”）時(shí)，我們認(rèn)為是手動(dòng)控制模式。PID 指令本身有一個(gè)“能流歷史狀態(tài)位”，以記錄指令的狀態(tài)切換。在 EN 端從“0”變?yōu)椤薄?”時(shí)，PID 指令認(rèn)為這是從“手動(dòng)”模式向“自動(dòng)”模式切換。PID 指令此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一系列動(dòng)作，以配合無(wú)擾動(dòng)切換：

使設(shè)定值（ SPn） = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）

設(shè)置上次采樣過(guò)程變量（PVn-1） = 當(dāng)前過(guò)程反饋?zhàn)兞浚≒Vn）

設(shè)置積分偏差和（或所謂積分前項(xiàng)）（Mx） = 當(dāng)前輸出值（Mn）

使設(shè)定值等于當(dāng)前反饋值可以避免出現(xiàn)偏差，使之不存在調(diào)整的要求；當(dāng)然如果有工藝要求，也可以后續(xù)調(diào)整設(shè)定值。其他的動(dòng)作都是為了使 PID 在后續(xù)的操作中不改變輸出的值。

在編程時(shí)要注意：

從自動(dòng)模式向手動(dòng)模式切換時(shí)，PID 指令的 EN 端不再有能流，計(jì)算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時(shí)如果需要操作人員人工觀察控制的結(jié)果，手動(dòng)控制輸出量，就可以通過(guò)用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲(chǔ)單元內(nèi)容（見(jiàn)數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)手冊(cè)的相關(guān)部分內(nèi)容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)化換算。

為保證從手動(dòng)模式向自動(dòng)模式的切換無(wú)擾動(dòng)，需要在手動(dòng)控制時(shí)，或在切換過(guò)程中，禁止對(duì) PID 回路表中設(shè)定值的更新，以便切換時(shí) PID 指令用當(dāng)前過(guò)程反饋值替代設(shè)定值。切換完成后，操作人員可以調(diào)整設(shè)定值。

三、使用 PID 向?qū)Ь幊虝r(shí)的 PID 自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換

使用 PID 指令向?qū)Ь幊虝r(shí)，指令向?qū)?huì)自動(dòng)調(diào)用 PID 指令，并且編寫(xiě)外圍的控制變量標(biāo)準(zhǔn)化換算、定時(shí)采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向?qū)r(shí)，需要在用戶程序中用 SM0.0 調(diào)用指令向?qū)傻淖映绦颍ㄈ?PIDx_CTRL 子程序）。PID 向?qū)Э梢陨蓭ё詣?dòng)/手動(dòng)切換功能的子程序，這個(gè)子程序使用一個(gè)數(shù)字量點(diǎn)為“1”、“0”的狀態(tài)來(lái)控制是否投入 PID 自動(dòng)控制。

到目前為止（STEP 7-Micro/WIN SMART），使用 PID 向?qū)傻淖映绦驎r(shí)，由于用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無(wú)擾切換能力因?yàn)楦袅送鈿ぷ映绦?，所以受到了局限。如果?duì)無(wú)擾切換要求比較嚴(yán)格，需要另外編一些程序加以處理。但在高級(jí)一點(diǎn)的PLC中，無(wú)擾動(dòng)切換功能只需打個(gè)勾即可。對(duì)于SMART來(lái)說(shuō)則不能這么簡(jiǎn)單了。

S7-200SMART中，考察如下 PID 控制子程序：

圖 1. PID 向?qū)傻闹噶?/p>

圖中：a、過(guò)程反饋量 ；b、設(shè)定值，實(shí)數(shù) ；c、自動(dòng)/手動(dòng)控制，“1”=自動(dòng)，“0”=手動(dòng) ；d、手動(dòng)控制輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)；e、PID 控制輸出值。

要實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，必須：

在從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值（VD2004）等于當(dāng)前的實(shí)際控制輸出值；

在從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，使設(shè)定值相當(dāng)于當(dāng)前的過(guò)程反饋值。

為此，可編寫(xiě)類似下圖所示的程序，放在 PID 控制子程序之前：

圖 2. 無(wú)擾切換處理程序

圖中：

a、自動(dòng)/手動(dòng)切換控制點(diǎn) ；

b、從自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，使手動(dòng)輸出值等于實(shí)際當(dāng)前值 ；

c、從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，把當(dāng)前反饋量換算為相應(yīng)的給定值 。

審核編輯：湯梓紅