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西門子6ES7 212-1BE40-0XB0
PID運(yùn)算
PID運(yùn)算是FB58的運(yùn)算核心，主要通過對偏差信號(hào)（設(shè)定值SP_INT-過程值PV）進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算來得到對閥門、變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)。具體流圖如下圖所示：
圖7 PID運(yùn)算流程
從上述流程圖中有如下幾點(diǎn)信息：
- 比例、積分和微分都是對比例和增益參數(shù)的乘積之積的運(yùn)算，其在時(shí)間域上的表達(dá)式為：
- 特殊地，在積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD為0的時(shí)候，積分作用和微分作用被取消激活，此時(shí)為純比例控制；
- 對于反作用方式，需要將增益GAIN設(shè)置為負(fù)數(shù)；
- PFAC_SP為比例弱化功能。在設(shè)定值SP_INT發(fā)生階躍變化時(shí)，設(shè)置比例因子PFAC_SP，從而達(dá)到減弱因?yàn)樵O(shè)定值修改而導(dǎo)致的不穩(wěn)定，該比例因子PFAC_SP的取值范圍是0.0~1.0；
- 對于積分作用，在I_ITL_ON為1的時(shí)候，積分結(jié)果就是I_ITLVAL；
- 積分功能中的INT_HPOS和INT_HNEG參數(shù)為正向積分功能保持和反向積分功能保持，如果此時(shí)偏差ER和增益GAIN的乘積為正，且INT_HPOS為True，那么此次運(yùn)算周期中積分的增加量為0，即積分項(xiàng)LMN_I的輸出不會(huì)改變。INT_HNEG的作用與此類似。
- 微分功能中的D_F參數(shù)是微分因子，在微分運(yùn)算中和周期時(shí)間CYCLE作用類似。
2.4 手動(dòng)/自動(dòng)切換
FB58的手動(dòng)/自動(dòng)切換是通過參數(shù)MAN_ON來完成的，在MAN_ON為True的時(shí)候，PID處在手動(dòng)工作狀態(tài)，此時(shí)，手動(dòng)值通過參數(shù)MAN給出。
圖8 控制輸出
默認(rèn)情況下，LMN_HLM和LMN_LLM分別是100.0和0.0，從上圖中可以看出，手動(dòng)值的有效數(shù)值范圍也應(yīng)該是0.0~100.0。
在參數(shù)MAN_ON為False的情況下，PID投入運(yùn)行，控制回路處于自動(dòng)工作狀態(tài)。
為了降低手動(dòng)/自動(dòng)切換過程中擾動(dòng)，算法通過如下措施來實(shí)現(xiàn)無擾切換：
- 在自動(dòng)的狀態(tài)下，比例和積分的運(yùn)算結(jié)果之和會(huì)寫入到單元MAN中，這樣在由自動(dòng)切換到手動(dòng)的過程中不會(huì)引起控制輸出波動(dòng)；
- 在手動(dòng)的狀態(tài)下，積分項(xiàng)的輸出等于MAN的值減去比例項(xiàng)的值（偏差ER*增益Gain），而在自動(dòng)狀態(tài)中，積分項(xiàng)是一個(gè)累計(jì)的結(jié)果，這樣在切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)積分項(xiàng)不會(huì)有太大的突變。
從上面的分析可以知道，F(xiàn)B58已經(jīng)集成了相應(yīng)的無擾切換的功能，不需要編寫額外的程序來實(shí)現(xiàn)。
2.5 保存和重新裝載參數(shù)
保存和重新裝載控制器參數(shù)是FB58中的新功能，主要用來實(shí)現(xiàn)在多套參數(shù)之間的切換。
圖9 控制參數(shù)保存和重新裝載
從上圖中可以看出，控制參數(shù)的處理有三種方式：
?。?）從PID_CON/PI_CON中裝載
要實(shí)現(xiàn)此裝載，必須滿足如下幾種條件：
手動(dòng)控制狀態(tài)（MAN_ON=True）；
PID_CON.GAIN或者PI_CON.GAIN不為0；
LOAD_PID為1
如果參數(shù)PID_ON為1，則從PID_CON中裝載如下參數(shù)：
GAIN、TI、TD，并計(jì)算CONZONE=250.0/GAIN
如果參數(shù)PID_ON為0，則從PI_CON中裝載如下參數(shù)：
GAIN、TI、TD，并計(jì)算CONZONE=250.0/GAIN。特殊地，此時(shí)會(huì)關(guān)閉控制帶功能，即設(shè)置CON_ZONE參數(shù)為0，并讓微分參數(shù)TD設(shè)置為0.0。
裝載完成之后，參數(shù)LOAD_PID會(huì)自動(dòng)復(fù)位。
值得注意的是，如果PID_CON中保存的增益參數(shù)PID_CON.GAIN為0，則自動(dòng)會(huì)修改PID_ON為0，并轉(zhuǎn)而從PI_CON中獲取參數(shù)。
注：PID_CON/PI_CON中的參數(shù)來自于自整定過程。
?。?）保存參數(shù)
保存參數(shù)可以在任何工作狀態(tài)下進(jìn)行，只需設(shè)置參數(shù)SAVE_PAR為1即可。可以將如下參數(shù)保存找PAR_SAVE結(jié)構(gòu)體中：
PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_F、CONZ_ON、CON_ZONE
在保存結(jié)束之后，參數(shù)位SAVE_PAR會(huì)自動(dòng)復(fù)位。
（3）重新裝載參數(shù)
重新裝載是“保存參數(shù)"的逆過程，但其執(zhí)行是需要條件的：
手動(dòng)控制狀態(tài)（MAN_ON=True）；
PAR_SAVE.GAIN不為0；
參數(shù)UNDO_PAR為1。
在重新裝載完成之后，參數(shù)UNDO_PAR會(huì)自動(dòng)復(fù)位。
3 高級功能