PLC的PID指令
1. PID算法
在工业生产过程控制中，模拟信号PID（由比例、积分、微分构成的闭合回路）调节是常见的一种控制方法。运行PID控制指令，S7-200西门子plc将根据参数表中的输入测量值、控制设定值及PID参数，进行PID运算，求得输出控制值。参数表中有9个参数，全部为32位的实数，共占用36个字节。PID控制回路的参数表如表6-15所示。
 
表6-15  PID控制回路的参数表

地址偏移量	参数	数据格式	参数类型	说明
0	过程变量当前值PVn	双字 nbsp;，实数	输入	必须在0.0至1.0范围内。
4	给定值SPn	双字 ，实数	输入	必须在0.0至1.0范围内
8	输出值Mn	双字 ，实数	输入/输出	在0.0至1.0范围内
12	增益Kc	双字 ，实数	输入	比例常量，可为正数或负数
16	采样时间Ts	双字 ，实数	输入	以秒为单位，必须为正数
20	积分时间Ti	双字 ，实数	输入	以分钟为单位，必须为正数。
24	微分时间Td	双字 ，实数	输入	以分钟为单位，必须为正数。
28	上一次的积分值Mx	双字 ，实数	输入/输出	0.0和1.0之间（根据PID运算结果更新）
32	上一次过程变量PVn-1	双字 ，实数	输入/输出	最近一次PID运算值

典型的PID算法包括三项：比例项、积分项和微分项。即：输出=比例项+积分项+微分项。计算机在周期性地采样并离散化后进行PID运算，算法如下：
Mn=Kc*（SPn-PVn）+Kc*（Ts/Ti）*（SPn-PVn）+Mx+Kc*（Td/Ts）*（PVn-1-PVn）
其中各参数的含义已在表6-15中描述。
比例项Kc*（SPn-PVn）：能及时地产生与偏差（SPn-PVn）成正比的调节作用，比例系数Kc越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高，但Kc过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。
积分项Kc*（Ts/Ti）*（SPn-PVn）+Mx：与偏差有关，只要偏差不为0，PID控制的输出就会因积分作用而不断变化，直到偏差消失，系统处于稳定状态，所以积分的作用是消除稳态误差，提高控制精度，但积分的动作缓慢，给系统的动态稳定带来不良影响，很少单独使用。从式中可以看出：积分时间常数增大，积分作用减弱，消除稳态误差的速度减慢。
微分项Kc*（Td/Ts）*（PVn-1-PVn）：根据误差变化的速度（既误差的微分）进行调节具有超前和预测的特点。微分时间常数Td增大时，超调量减少，动态性能得到改善，如Td过大，系统输出量在接近稳态时可能上升缓慢。
2. PID控制回路选项
在很多控制系统中，有时只采用一种或两种控制回路。例如，可能只要求比例控制回路或比例和积分控制回路。通过设置常量参数值选择所需的控制回路。
（1）如果不需要积分回路（即在PID计算中无“I”），则应将积分时间Ti设为无限大。由于积分项Mx的初始值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。
（2）如果不需要微分运算（即在PID计算中无“D”），则应将微分时间Td设定为0.0。
（3）如果不需要比例运算（即在PID计算中无“P”），但需要I或ID控制，则应将增益值Kc指定为0.0。因为Kc是计算积分和微分项公式中的系数，将循环增益设为0.0会导致在积分和微分项计算中使用的循环增益值为1.0。
3. 回路输入量的转换和标准化
每个回路的给定值和过程变量都是实际数值，其大小、范围和工程单位可能不同。在PLC进行PID控制之前，必须将其转换成标准化浮点表示法。步骤如下：
（1）将实际从16位整数转换成32位浮点数或实数。下列指令说明如何将整数数值转换成实数。
XORD AC0,AC0  //将AC0清0 www.dzkfw.com.cn
ITD AIW0, AC0 //将输入数值转换成双字
DTR AC0, AC0 //将32位整数转换成实数
（2）将实数转换成0.0至1.0之间的标准化数值。用下式：
实际数值的标准化数值=实际数值的非标准化数值或原始实数/取值范围 +偏移量
其中：取值范围=最大可能数值-最小可能数值=32 000（单极数值）或64 000（双极数值）
偏移量：对单极数值取0.0，对双极数值取0.5
单极（0～32000），双极（-32000～32000）
如将上述AC0中的双极数值（间距为64,000）标准化：
/R 64000.0, AC0  //使累加器中的数值标准化
+R 0.5, AC0     //加偏移量0.5
MOVR AC0, VD100 //将标准化数值写入PID回路参数表中。
4. PID回路输出转换为成比例的整数
程序执行后，PID回路输出0.0和1.0之间的标准化实数数值，必须被转换成16位成比例整数数值，才能驱动模拟输出。
PID回路输出成比例实数数值=（PID回路输出标准化实数值-偏移量）*取值范围
程序如下：
MOVR VD108, AC0 //将PID回路输出送入AC0。
-R 0.5, AC0         //双极数值减偏移量0.5
*R 64000.0, AC0  //AC0的值*取值范围，变为成比例实数数值
ROUND AC0，AC0  //将实数四舍五入取整，变为32位整数
DTI    AC0, AC0    //32位整数转换成16位整数
MOVW AC0, AQW0 //16位整数写入AQW0
5. PID指令
PID指令：使能有效时，根据回路参数表（TBL）中的输入测量值、控制设定值及PID参数进行PID计算。格式如表6-16所示。
说明：
（1）程序中可使用八条PID指令，分别编号0-7，不能重复使用。
（2）使ENO = 0的错误条件：0006（间接地址），SM1.1（溢出，参数表起始地址或指令中指定的PID回路指令号码操作数超出范围）。
（3）PID指令不对参数表输入值进行范围检查。必须保证过程变量和给定值积分项前值和过程变量前值在0.0和1.0之间。
表6-16  PID指令格式

LAD	STL	说明
	PID TBL，LOOP	TBL：参数表起始地址VB， 数据类型：字节 LOOP：回路号，常量（0-7）， 数据类型：字节