计算机控制中PID控制块的无扰动切换
PID使用说明
PID调节器又称回路调节器，本调节器提供的具体功能有：手动、自动、串级、及跟踪运行方式的切换，设定值、手动输出值的调整，PID参数的整定等。
PID调节有三种画面：回路操作画面、趋势显示画面和参数调整画面。
下面介绍每种画面显示的信息及用途。
1.回路操作画面在预先设置的PID热点上，单击鼠标左键，屏幕上将弹出如图3.11-1所示回路操作画面，由回路操作画面可分别进入其它两种画面。
（1）显示信息说明在回路调节画面中显示的有设定值、过程值和输出值的棒图及数值显示，运行方式显示，报警状态显示等。
❒棒图显示画面左边的三个棒图分别代表设定值、过程值和输出值，棒的颜色依次为蓝、天蓝、粉色。
设定值棒的高度为当前值相对量程的百分数。
如果PID运行于串级状态，则设定棒显示串级外给定值，在其它运行状态下显示内给定值。
过程值棒的高度表示过程输入值。
输出棒的高度表示输出值。
❒数值显示画面右下区域的三个方框中显示的内容依次为设定量、过程量及输出量的当前值，各数值颜色与棒颜色相对应。
当PID调节器运行于手动、自动或跟踪状态时，设定值为内部给定值；当运行于串级状态时，显示为串级输入值。
当PID调节器运行于手动状态时，输出值由手动给出；运行于自动和串级状态时，由算法结果给出；运行于跟踪状态时，为跟踪量点值。
❒报警状态显示当偏差报警到来时，左上角灯置亮（呈红色）；报警消失时，恢复正常颜色。
❒运行方式显示PID调节器的运行方式包括手动、自动、串级及跟踪四种，当某个运行方式下的状态灯呈绿色时，表示调节器处于某方式。
❒其它PID调节器画面静态显示的内容有点名、点描述(说明)等。
（2）操作说明在回路操作画面中可以进行的操作有：工作方式（手动、自动、串级和跟踪）的切换，通过设定值增减按钮改变设定值，通过输出值增减按钮改变输出值，切换到趋势显示画面和参数调整画面。
PID共有手动、自动、串级和跟踪四种工作状态，这四种工作状态的切换是无扰动的。
●手动状态下，PID单元停止运算，依靠操作键来改变控制输出。
PID控制模块简介
PID控制模块1 PID块简 (1)1.1 z (1)1.2 块结 (2)1.3 块 规 (3)2 PID块编辑 (12)2.1 PID输 /¥f设 环 (12)2.2 w输 /f (18)3 PID块执 (21)3.1 PID C/S/MR f w义 (21)3.2 f运 (24)3.3 w逻辑设计 (27)4 PID块 说 (29)4.1 t统 块编辑 (29)4.2 t统 块执 (33)1 PID控制模块简介1.1 概述在工业界使用闭回路控制的系统，一般使用者都希望控制器具有下列优点：1、快速的输出响应(上升时间短)2、高度的稳定性(稳态误差小)3、平滑的控制曲线(没有超越量)4、控制器参数容易调整5、价格低廉因此，PID控制器是最符合这些需求的控制器，而PID也已成为工业界最常用的控制器，广泛应用于温度控制、压力控制、流量控制以及一般常用的连续制程程控系统。
参考图一：过程控制系统软件模块的结构。
WINPC32提供的PID控制模块具有32个多回路死循环控制的设定软件，提供的控制模式包括ON-OFF控制、P控制、PI控制以及PID控制，其控制核心提供上述标准的反馈控制运算法则，将其做成软件模块化连结至控制系统中，使其能与其它WINPC32系统控制软件模块同步运作，控制核心会在固定周期时间内做一次精确反馈控制逻辑运算，以达到实时的闭回路过程控制的功能。
使用者亦可利用呼叫标准C语言的使用者自定逻辑程序(Call C)，进行更复杂的反馈控制逻辑运算(如Fuzzy, Neural 控制)，将客户本身的专业技术与WINPC32结合来创建客户自己的WINPC32特殊软件。
图一、过程控制系统软件模块结构1.2 控制模块结构图二、PID控制模块结构一、PID控制模块结构组成(参考图二) ：1. 过程控制人机接口：提供给使用者操作的控制画面。
2. 控制参数设定：使用者在编辑模式下，可通过系统ON/OFF、PID闭回路输入/出环境模块接口，设定过程控制卡硬件驱动设置和过程控制平台的控制参数、报警极限值、量测补偿、输出饱和等过程控制参数。
计算机控制中PID控制块的无扰动切换
运算 ， ｖ（ ｃ 输出控制量） 自Ｍ ｖ（ 来 手动操作量 ） ， 如 从键 盘或 ＰＤ控 制 画面 上来设 置 Ｍ ｖ。 Ｉ
② ＡＵＴＯ 方式 此 时 ＰＤ 控 制块 进 行 Ｐ Ｄ Ｉ Ｉ
【 收稿 日 】０ ０１－ ； 修改稿 收到 日期ｌ０ ０１—３ 期 ２０－ ２ 【 ￣７ ２ ０－１ ２ 【 作者简介 】 壬锦标（ ９ ５ ） 男 ， １４ 一 ， 江苏南 通＾， 副教授， 主要扶事计算机控制 、 Ｃ Ｄ Ｓ和 Ｆ Ｓ Ｃ 的研究 。
④ Ｏ 方式 Ｔ
对 于特 殊 的 ＰＤ 控 制 回路 ，为 Ｉ
了操作 安 全 ，有必 要 为 Ｐ Ｄ控 制块 配 置 手操 器 ， Ｉ
作为后备操作。 手操器上有 Ｈ Ｈ 自动／ Ａ／ Ｍ（ 手动） 切换开关 ， 手动操作按钮及双针指示表（ 其中一针 指示 Ｃ Ｖ或 ＨＶ（ 手动操作量 ） 另一针指示执行 ，
制周期
综 上所述 ，Ｐ Ｄ控 制块 的工作 方式可 以在 Ｉ ＭＡＮ、 ＡＵＴ Ｉ Ｔ 和 ＯＴ之 间切换 。为 了保 证 Ｏ、ＮＩ 控制回路的正常运行 ，Ｐ Ｄ控制块工作方式 的切 Ｉ
换 必须 实 现无平衡 无扰 动 切换 。 所 谓无 平衡 无扰 动切 换 ， 是指 在 进行 Ｐ Ｄ 控 Ｉ
冶金自动 化
２０ ０ ２年第 ２期
４ ７
ｔ
羹 ． 嚣１ ．
维普资讯
系 统 与装 ■
置。Ｐ Ｄ控制块的 Ｏ Ｉ Ｔ方式取决于后面手操器的
状态 。
式中 Ｋ】 ＝Ｋ。 Ｔ ， Ｄ ｄ ， ｏ Ｔ ／ ，Ｋ ＝Ｋ Ｔ ／ Ｔ 为控
Ｉ Ｔ（ｎｔ ｔ ｎ ａ ｄＯＴ（ ｔｕ ａｋｎ ）ｆｒ Ｉ ｏ ｔ ｌ ｌ ｋｉ Ｃ ｒ Ｃ ｔｏ ｕ ｅ ＮＩ Ｉｉ ａｉ ） ｎ ｉ ｏ Ｏｕｐ ｔ ｃ ｉｇ ，ｏ Ｄ ｃ ｎｒ ｏ Ｄ Ｓｏ Ｓ ｔｉ ｒｄ ｃｄ Ｔｒ Ｐ ｏｂ ｃ ｎ Ｆ ｓｎ
PCS7—PID调节分析与控制
PCS7—PID调节分析与控制作者：张洪连来源：《科技创新与应用》2015年第01期摘要：腈纶厂聚合装置生产控制系统于2013年8月更新为德国西门子公司PCS7过程控制系统。
该控制系统采用二台控制站，其功能：AS-400H控制站按照“热备份”模式（无扰动、出现故障自动切换）的冗余原理运行。
根据这个原理，只要没有故障，两个子CPU都是激活的。
如果发生故障，备用的控制器全面接管过程控制。
确保了无扰动切换、快速可靠的数据交换。
两台控制器保持：同样的用户程序、同样的数据块、过程映像区和同样的内部数据，如定时器、计数器、内存位等。
这就确保了两个控制器始终都是最新更新的，以便当一个控制器发生故障时另一个可以接管控制。
此系统控制台设有CRT显示屏幕可以读取和调节每一个控制回路的数据，输入PID最佳值，达到工艺过程中被调参数的稳定性。
关键词：热备份；CPU；数据块；过程映像1 自动调节PID模式一个完整的自动控制回路是由调节对象，测量装置，调节器及调节阀这四大部分组成。
（如图1）图1中，被调参数即指在工艺过程中，为达到某一目的而需要稳定或重新调优的具体的某一调节对象，如氧化剂进料量，脱单塔真空度等，在某一干扰作用如管线后路背压变化，机泵出口阀门开度变化情况下，可能会出现波动，偏离原参数值，使整个自动控制回路平衡被破坏，需通过自动控制回路的自动调节作用重新建立新的平衡。
图1中的测量元件把被测参数的测量值通过变送器转换成特定信号输送至调节器的比较机构，和原设定值进行比较，得出一个偏差就是被调参数测量值，减去仪表原设定值。
有正偏差和负偏差两种，偏差作为调节器的输入信号。
由于偏差的输入，调节器的输出信号即偏差大于零时，调节器输出增加，当偏差小于零时调节器输出信号减小；当偏差小于零时，输出信号增加。
调节器的作用方向根据工艺需要人为设定，具体设定方法按实际生产需要而定。
当调节器将输出信号输送至调节阀后，调节阀的执行机构即开始动作，将调节器输出过来的电信号转换成风压信号，并使调节阀阀位发生变化。
无扰动切换的实现
必须连接到外围设备，并且输入“ PROCESS VARIABLE PERIPHERY ON”必须置位。
3.SP_INT：INTERNALSETPOINT（内部设定点）“内部设定点”输入端用于确定设定值。
4. PV_IN REAL：PROCESSVARIABLE IN（过程变量输入）可以设置一个初始值到“过程变量输入”输入端或者连接
21
PV_FAC
REAL
PROCESS VARIABLE FACTOR（过程变量系数）“过程变量系数”输入 1.0
端用于和过程变量相乘。该输入端可以用于匹配过程变量范围。
22
PV_OFF
REAL
PROCESSVARIABLE OFFSET（过程变量偏移量）“过程变量偏移”输入 0.0
端可以添加到“过程变量”。该输入端可以用于匹配过程变量的范围。
5
无扰动切换的实现
MAN_ON MAN
1
AUTO
0
LMN LIMIT
QLMN_HLM QLMN_LLM
LMN_NORM
林升笔记
CRP_OUT
%
LMN LMN_PER
LMN_HLM LMN_LLM
LMN_FAC LMN_OFF
2.PVPER_ON：PROCESS VARIABLE PERIPHERY ON/（过程变量外设接通）如果过程变量从 I/O 读取，输入“PV_PER”
3.2.输出管脚
序号
参数
数据类型 数值范围 缺省
说明
1
LMN
REAL
2
LMN_PER
WORD
MANIPULATED VALUE（受控数值）有效的受控数值被以浮点数格式 0.0 输出在“受控数值”输出端上。
过程控制实验二%20%20思考题解答
分速度越大，积分作用越强，消除余差越快。
（3）在引入微分作用后能全面提高控制质量。微分时间Td 越大，微分作用越强， 它使调节过程时间缩短，余差减小（但不能消除），具有超前调节的作用。
干扰
给定值SP
+
e
－
测量值PV
调节器 DTL321
H 水槽
被控量H
H
测量变送器 DBC－211
PID控制器
8-2
3、被控对象、执行器、控制器三个环节的正、反作用方向各是怎样规定？
答：⑴ 被控对象：当操纵变量增加时，被控变量增加的对象是“正作用对象（+）”
反之，被控变量随操纵变量增加而降低的对象是“反作用对象（-）” ⑵ 执行器：由气开、气关型式来确定： 气开阀（电开阀）为“正（+）”作用 气关阀（电关阀）为“反（-）” 作用 ⑶ 控制器：当偏差e输入增大时，其输出也增大的控制器称“正作用（+）”控制器 反之，当偏差e输入增大时，其输出是减小的控制器称“反作用（-）”控制器
干扰
给定值SV
e
－
测量值PV
+
控制器 DTL321
H 水槽
被控量h
h
测量变送器 DBC－211
8-3
4．简述调节器的正反作用如何确定？
答：根据公式 (调节器 ±) × (阀 ±) × (对象 ±) ＝（－）来确定
符号规定：（1） 气开阀（电开阀）为＋，气关阀（电关阀）为－。 （2） 阀开大，被控参数上升的对象为＋，下降的对象为－ 本实验中：用 电开阀为＋号 阀开大液位是上升的，故水槽是正对象＋号（如下图所示） 故，根据公式得 ( 调节器 —) × ( 阀 ＋) × ( 对象 ＋) ＝— 可知 调节器的符号应选－，即调节器打到反作用
实现DCS与PLC控制系统相互无扰动切换的方案
１ 概
述
Ｄ Ｓ和 Ｐ Ｃ控制 系统 从整 体逻辑 结构上讲 是 一 Ｃ Ｌ
个分 支树结 构 ，按 系统结 构进行 垂直分 解 ，分 为过 程控 制 级 、控 制 管 理 级 、生 产 调 度 级 和 经 营 管 理 级 ，贯彻 “ 既集 中管 理 又 分 散控 制 ” 的设 计 原 则 。 具有通用 性强 、系统 组态灵 活 、控 制功 能完善 、数 据处理方 便 、显示操 作集 中 、人机 界面 友好 、安装
收 稿 日期 ：２ ０ ４０ ；修 回 日期 ：２ ０ ．５ １ ０ ７０ ．４ ０ ７０ ．５
作 者 简 介 ：张 国禹 （９９ ） １７一 ，男 ，助 理工 程 师 ，２０ ０２年 毕业 于 中南 工 学 院工 业 自动 化 专 业 ，毕业 后在 杭州 杭 氧 股 份 有 限 公 司设 计 院从 事 空 分 设 备 仪 控 系统 专 业 设 计 、调 试 等 工 作 。
a组b组继电器为控制逻辑l眯i登眯雒端雹交霉蓦襄蓄霉1220vacl雒广i警ill萸i曹ll謦苫j0l一膣誊ill萋由l上继电器3图5逻辑结果输出选择处理示意图4设计中需要特别注意之处的模块有些plc控制系统io模块需要外供电有些则不需要等供电电源为24vdc因此在配电为了达到无扰动切换控制目的此次贮槽仪表时要考虑一路24vdc电源
（ ｅｉｎｎ ｎｔｕｅ Ｈａ ｇｈ ｕ Ｈ ｎ ｙ ｎ ｔｃ Ｃ ．， Ｌｄ ， ３ ８ Ｄ ｎ ｘｎ Ｒ ａ Ｄ ｓ ｉｇ Ｉｓ ｔｔ ， ｇ ｉ ｎ ｚｏ ａ ｇ ａ ｇ Ｓｏｋ ｏ ｔ． ８ ｏ ｇ ｉ ｏ ｄ， Ｈａ ｇｈ ｕ ３ ０ ０ ｎ ｚｏ １ ０ ４，
Ｚ ｅａｇ，Ｐ Ｒ Ｃ ｉａ ｈ ｉｎ ｊ ． ． ｈｎ ）
Ｓ ｈ ｍｅｏ ｎ ｉｔ ｒ ｅ ｗｉ ｈ ｎ ｅ ｗｅ ｎ ＤＣＳ ａ ｄ Ｐ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍｓ ｃ ｅ ｆｕ ｄ ｓｕ ｂ ｄ ｓ ｔ ｉ ｇ ｂ ｔ ｅ ｃ ｎ ＬＣ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ
计算机控制系统
1.DDC系统的体系结构：1硬件结构分为主机单元，输入输出单元和人机接口单元，结构方式有模版式和模块式，安装方式有盒式台式柜式。
软件结构分为系统软件，控制运算软件，输入输出软件，人机接口软件和监控组态软件。
3网络结构分为I/O总线和通信网络。
2.DDC系统类型及发展：从单板机，STO总线模版机，PC总线工业控制机发展到工业PC机，即PCI总线和CompactPCI总线工业控制机。
3.PID算法的改进措施：积分项的改进，积分作用是消除残差，提高控制性能，包括积分分离，抗积分饱和，梯形积分和消除积分不敏感区。
2微分项的改进，尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。
包括偏差平均和测量值微分。
3变PID控制，对被控对象的自平衡能力，可以分段采用P,PI控制，其优点是减少超调，缩短调节时间，包括设定值改变的变PID控制和负荷改变的变PID控制4.无扰动切换：指在进行PID控制方式切换之前，例如从手动或者自动或者自动到手动的切换，无需人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，保证切换无扰动。
1，手动自动aPID控制块处于手动方式，尽管不进行PID计算，但在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E（n-1），E（n-2）,Ud(n-1)等清零，并将输出控制量赋给UC（n-1）b，PID控制块处于自动方式，为了实现从自动到手动的无平衡无扰动切换，在自动方式下，每个控制周期应将COV值赋给MOV 2输出跟踪a手动操作器处于手动HM工作状态PID控制块处于输出跟踪YT 状态，为了实现从输出跟踪到正常工作NT状态的无扰动切换，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将OTV值赋给UC（n-1）3,输出安全当PID 控制块处于输出安全YS状态时，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将输出安全值SOV赋给UC（n-1）4，输出保持当PID控制器处于输出保持状态，副条极限保持状态和PV坏保持PBH状态时，在每个周期应使设定值跟踪被控量，清零，还要使UC（n-1）保持不变5，回算输出和回算输入后级功能块的回算输出端和前级功能块的回算输入端连接，向前级功能块传送有关参数，是这2个功能块相互匹配，从而保证功能块工作方式的无扰动切换5.内部总线：计算机内部模块与模块之间进行通信的总线PC/XT PC/AT ISA DCI PCI6.外部总线：计算机外部通信的总线，RS-232 RS-422 RS -4857.干扰的来源，传播，抑制：来源，外部干扰是那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰，主要是空间电场或磁场，内部干扰是由系统结构，制造工艺决定的，内部零部件的分布电容，分布电感引起的耦合反映，多点接地造成的电位差引起干扰。
PID控制器开发笔记之一：PID算法原理及基本实现
在自动控制中，PID及其衍生出来的算法是应用最广的算法之一。
各个做自动控制的厂家基本都有会实现这一经典算法。
我们在做项目的过程中，也时常会遇到类似的需求，所以就想实现这一算法以适用于更多的应用场景。
1、P ID算法基本原理PID算法是控制行业最经典、最简单、而又最能体现反馈控制思想的算法。
对于一般的研发人员来说，设计和实现PID算法是完成自动控制系统的基本要求。
这一算法虽然简单，但真正要实现好，却也需要下一定功夫。
首先我们从PID算法最基本的原理开始分析和设计这一经典命题。
PID算法的执行流程是非常简单的，即利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量。
而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。
其功能框图如下：根据上图我们考虑在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)=rin(t)-rout(t)。
于是PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：其中Kp为比例带，T I为积分时间，T D为微分时间。
PID控制的基本原理就是如此。
2、P ID算法的离散化上一节简单介绍了PID算法的基本原理，但要在计算机上实现就必须将其离散化，接下来我们就说一说PID算法的离散化问题。
在实现离散化之前，我们需要对比例、积分、微分的特性做一个简单的说明。
比例就是用来对系统的偏差进行反应，所以只要存在偏差，比例就会起作用。
积分主要是用来消除静差，所谓静差就是指系统稳定后输入输出之间依然存在的差值，而积分就是通过偏差的累计来抵消系统的静差。
而微分则是对偏差的变化趋势做出反应，根据偏差的变化趋势实现超前调节，提高反应速度。
在实现离散前，我们假设系统采样周期为T。
假设我们检查第K个采样周期，很显然系统进行第K次采样。
此时的偏差可以表示为err(K)=rin(K)-rout(K)，那么积分就可以表示为：err(K)+err(K+1)+┈┈，而微分就可以表示为：(err(K)- err(K-1))/T。
西门子S7-200SMARTPLC如何实现PID自动手动调节切换
西门子S7-200SMARTPLC如何实现PID自动手动调节切换去学PLC技术所谓手自动勿扰S7-200 SMART PLC切换，是指在将PID回路从手动模式切换到自动模式，或者是自动模式切换的手动模式时，PID 输出不会发生跳变，也就是不会产生任何波动。
本文阐述内容主要以中的PID功能为实例。
一、PID 自动/手动调节的无扰动切换有些工程项目中可能需要根据工艺要求在不同的时刻投入、或者退出 PID 自动控制；退出 PID 自动控制时，控制器的输出部分可以由操作人员直接手动控制。
这就是所谓的 PID 手动/自动切换。
PID 控制处于自动方式时，PID 控制器（以S7-200 SMART 中的PID 调节为例）会按照PID 算法，自动通过输出的作用使过程反馈值跟随给定值变化，并保持稳定。
这是一个自动的闭环控制系统。
操作人员可以根据现场工艺的要求，改变给定（即设定值）的值。
PID 控制处于手动方式时，PID 控制器不再起自动计算的作用。
这时，控制回路的输出是由操作人员手动控制、调整，由操作人员观察现场的控制效果，从而构成人工闭环控制。
所谓 PID 自动/手动控制，就是看控制系统的输出是由 PID 控制器自动控制，还是由操作人员手动控制。
有些控制系统的执行机构不能承受较大的冲击，这就要求在进行PID 自动/手动切换时，保持控制输出的稳定。
这就是要求无扰动切换。
为了达到 PID 自动/手动控制的无扰动切换，需要在编程时注意一些相关事项。
下面分别就直接使用 PID 指令编程，和使用 PID 向导编程两种情况作一介绍。
二、直接使用 PID 指令编程时的 PID 自动/手动无扰切换直接使用 PID 指令块编写 PID 控制程序时，可以简单地使用“调用/不调用”指令的方式控制自动/手动模式。
因为PID 指令本身已经具有实现无扰动切换的能力，此时在PID 指令控制环节之外编程没有多大必要。
PID 指令的 EN 输入端使能（为“1”）时，我们认为是自动控制模式；EN 输入端未使能（为“0”）时，我们认为是手动控制模式。