S7-200PLC PID和模拟量
关于s7-200PID的使用方法
1. PID调节器的适用范围PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
均可以达到0.1%，甚至更高的控制要求。
2. PID参数的意义和作用指标分析P、I、D： y=yP+yi+ yd2.1. P参数设置名称：比例带参数，单位为(%)。
比例作用定义：比例作用控制输出的大小与误差的大小成正比，当误差占量程的百分比达到P值时，比例作用的输出=100%，这P就定义为比例带参数。
即yp= ×100% = ×100% = Kp • Err (1)（其中：yP=KP•Δ、Δ=SP-PV，取0-100%）KP=1/（FS•P）也可以理解成，当误差达到量程乘以P(%)时，比例作用的输出达100%。
例：对于量程为0-1300℃的温控系统，当P设置为10%时，FS乘以P等于130℃，说明当误差达到130℃时，比例作用的输出等于100%，误差每变化1℃，比例作用输出变化0.79%，若需加大比例作用的调节能力，则需把P参数设置小些，或把量程设置小些。
具体多少可依据上述方法进行定量计算。
P=输出全开值/FS•100%P参数越小比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。
但实际系统是有惯性的，控制输出变化后，实际PV值变化还需等待一段时间才会缓慢变化。
由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起系统振荡不稳定。
P参数的大小应在以上定量计算的基础上根据系统响应情况，现场调试决定，通常将P参数由大向小调，以能达到最快响应又无超调(或无大的超调)为最佳参数。
2.2. I参数设置名称：积分时间，单位为秒。
积分作用定义：对某一恒定的误差进行积分，令其积分“I”秒后，其积分输出应与比例作用等同，这I就定义为积分时间。
即：Ki∫I O Errdt = Ki • I • Err = Kp • Err (2 )Ki = Kp /I (3 )yi = Ki ∫t o Err (t)dt (4 )为什么要引进积分作用呢？前面已经分析过，比例作用的输出与误差的大小成正比，误差越大，输出越大，误差越小，输出越小，误差为零，输出为零。
S7-200中的PID控制(温度控制举例)
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1
PID温度控制示例－实现过程
通过PID向导配置PID回路 PID相关指令及回路表 通过文本显示向导配置TD200C显示屏 编写程序
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实现过程－通过PID向导配置PID回路
步骤
1 进入PID配置向导
2选择要配置的PID回路
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PID温度控制示例
提纲
PID控制理论简介 PID温度控制示例
工作原理 任务目标 实现过程
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S7-200 PID 温度控制
PID温度控制示例
工作原理 任务目标 实现过程
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PID温度控制示例－工作原理
PID温度控制系统是一个闭环系统，由 PLC的输出控制加热器对热电阻的加热 程度.
1. 选择一个未使用的V存储区来存放模块的配置信息，可 以点击“建议地址”按钮，让系统来选定一个合适的存 储区。这里PID回路存储区的首地址为VB400。
2. 点击“下一步”按钮。
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2
配置PID回路－步骤7：指定子程序和中断程序
1. 为向导子程序和中断程序命名。 2. 点击“下一步”按钮。
相关指令
通过向导完成对PID回路的 配置后回生成子程序 “PIDx_INIT”。
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2
PID相关指令及回路表－ PIDx_INIT指令
PIDx_INIT 指令根据在PID向导中设 置的输入和输出执行 PID 功能。 每次扫描均调用该指令。
PIDx_INIT 指令的输入和输出取决 于在PID 向导中所作的选择。例 如，如果选择“增加PID手动控制 ”功能则在指令中将显示 Auto_Manual（自动/手动切换）和 ManualOutput（手动模式下的输出 值）输入，如果在 PID 向导的“ 回路报警选项”屏幕中选择“使 能低限报警（PV）”，则在指令 中将显示LowAlarm（低限报警） 输出。
S7-200+PID温度控制课件
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PID温度控制示例－任务目标
使用西门子文本显示屏TD200C实 时监测热电阻的实际温度
并且可以通过显示屏设定目标温度 以及PID控制参数。通过PLC实现温 度的PID调节。
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PID温度控制示例
PID温度控制示例
工作原理 任务目标 实现过程
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PID温度控制示例－实现过程
屏幕0
用于设定PID 温度控制系统 的目标温度
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配置TD200C显示屏
步骤7: 定义用户菜单和文字
屏幕0中PLC数据的属性
数据地址为VD2000（后面编写PLC程序时会用到该 地址）。
数据格式为实数（浮点数）。
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配置TD200C显示屏
步骤7: 定义用户菜单和文字
屏幕0中PLC数据的属性
数据地址为VD412（根据PID回路表VD412中的值既 是Kc）。
数据格式为实数（浮点数）。
显示小数点后两位
允许用户编辑
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配置TD200C显示屏
步骤7: 定义用户菜单和文字
屏幕1
用于设定积 分时间常数 Ti
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PID控制理论简介－积分调节
积分调节作用
使系统消除稳态误差, 提高无差度。因为 有误差, 积分调节就进行, 直至无差, 积分 调节停止, 积分调节输出一常值。积分作 用的强弱取决与积分时间常数Ki, Ki越小, 积分作用就越强。反之Ki大则积分作用 弱, 加入积分调节可使系统稳定性下降, 动态响应变慢。积分作用常与另两种调 节规律结合, 组成PI调节器或PID调节器。
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PID温度控制示例
提纲
PID控制理论简介
PID温度控制示例
工作原理 任务目标 实现过程
4.5 西门子S7-200PLC中的PID指令介绍[13页]
![4.5 西门子S7-200PLC中的PID指令介绍[13页]](https://img.taocdn.com/s3/m/a50cf6550b4c2e3f57276373.png)
4.5 西门子S7-200PLC中的PID指令介绍
二、PID回路表的格式及初始化 2 PID回路表初始化
为执行PID指令，要对PID回路表进行初始化处理， 即将PID回路表中有关的参数（给定值SPn、增益KC、采 样时间TS、积分时间TI、微分时间TD），按照地址偏移 量写入到变量寄存器V中。一般是调用一个子程序，在 子程序中，对PID回路表进行初始化处理。在采用人机 界面的系统中，初始化参数通过人机界面直接输入。 相关的程序在“5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系 统的设计”一节中详细叙述，此处不做赘述。”
西安航空职业技术学院自动化工程学院 《自动控制技术及应用》电子课件
4.5 西门子S7-200PLC中的PID指令介绍
一、PID调节指令格式及功能
梯形图
语句表
功能
PID TBL，LOOP
PID 指令：当使能端 EN 为 1 时， PID 调节指令对 TBL 为起始地址 的 PID 参数表中的数据进行 PID 运算
西安航空职业技术学院自动化工程学院 《自动控制技术及应用》电子课件
4.5 西门子S7-200PLC中的PID指令介绍
表4-15 PID回路表
偏移地址（VB）变量名
数据格式输入输出类 取值范围
型
T+0
反馈量（PVn） 双字实数输入
应在0.0～1.0之间
T+4
给定值（SPn） 双字实数输入
应在0.0～1.0之间
西安航空职业技术学院自动化工程学院 《自动控制技术及应用》电子课件
4.5 西门子S7-200PLC中的PID指令介绍
二、PID回路表的格式及初始化 1 PID回路表
西门子S7-200PLC第6章 PLC模拟量采集及闭环控制系统
模拟执行部件之前，必须将标准化的实数值转换成一个16位的标定整
数值。
• 3. PID回路表
•
用PID运算的参数，每个PID控制回路都 有一个确定起始地址（TBL）的回路表。
PID回路表
• 4. PID回路指令
• PID运算通过PID回路指令来实现。
化处理后写入回路表首单元VD200 ； • 5）执行PID回路运算指令； • 6）对PID回路运算的输出结果单元VD208进行数据转换后送入模拟
量输出。
• 参看教材图6-9 PID回路表及定时0中断初始化子程序实例
• 本章小结： • 作业：
•
谢谢收看！！
该电流通过250 电阻将其转换为1~5V电压，作为A/D转换 器的模拟量输入信号，A/D转换器输出的数字量信号可以直接 输入给计算机进行处理。
• 2 计算机闭环控制系统
被控设备（对象）输出的物理量（即被控参数或称系统输出参 数），经传感器、变送器、 A/D转换后反馈到输入端，与期望 值（即给定值或称系统输入参数）进行比较，当二者产生偏差 时，对该偏差进行决策或PID运算处理，其处理后的信号经D/A 转换器转换为模拟量输出，控制执行器进行调节，从而使输出 参数按输入给定的条件或规律变化。由于系统是闭和的，输出 量的变化经变送器反馈到输入端与输入量进行比较，由于反馈 的输出量与输入量相位相反，所以也称闭环控制负反馈系统。
• （2） 回路输入转换及标准化数据
• 每个PID回路有两个输入量，给定值（SP）和过程变量（PV）。 在PID指令对这些物理量进行运算之前，必须对它们及其它输入量进 行标准化处理，即通过程序将它们转换成标准的浮点型表达形式。
• （3） 回路输出值转换成标定数据
•
PID回路输出的是0.0~1.0之间标准化的实数值，回路输出在驱动
S7-200SMART中PID使用、调试方法和步骤
S7-200SMART中PID使用、调试方法和步骤01 PID回路控制概述PID控制器是应用最广泛的闭环控制器，它根据给定值与被控实测值之间的偏差；按照PID算法计算出控制器的输出量，控制执行机构进行调节，使被控量跟随给定量变化，并使系统达到稳定；自动消除各种干扰对控制过程的影响。
其中PID分别表示比例、积分和微分。
S7-200 SMART中PID功能实现方式有以下三种：PID指令块：通过一个PID回路表交换数据，只接受0.0 - 1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值。
PID向导：方便地完成输入/输出信号转换/标准化处理。
PID指令同时会被自动调用。
根据PID算法自己编程S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID指令功能块）,根据PID算法自己编程没有具体数目的限制，但是我们需要考虑PLC的存储空间以及扫描周期等影响。
PID控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。
PID控制算法有几个关键的参数Kc（Gain，增益）Ti（积分时间常数），Td（微分时间常数）Ts（采样时间）在S7-200 SMART中PID功能是通过PID指令功能块实现。
通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量。
由于PID可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此有一种通用的数据表示方法才能被PID功能块识别。
S7-200 SMART中的PID功能使用占调节范围的百分比的方法抽象地表示被控对象的数值大小。
在实际工程中，这个调节范围往往被认为与被控对象（反馈）的测量范围（量程）一致。
PID功能块只接受0.0 - 1.0之间的实数（实际上是0%--100%）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。
S7-200模拟量单元及PID指令
0 MSB F 数据值12位 数据值12位 单极性数据 4 3 0 2 0 1 0
3
2
0
1
0
0
0 LSB 0 0
MSB
双极性数据
LSB
输出数据格式
F 0 MSB F 数据值12位 数据值12位 电流输出数据格式 4 3 0 2 0 1 0 3 2 0 1 0 0 0 LSB 0 0
MSB
电压输出数据格式
满量程输入 0mV～50mV 0mV～100mV 0mV～500mV 0V～1V 0V～5V 0mV～20mA 0V～10V
分辨率
12.5μV
25μV
125μV
1.25mV 2.5mV
双极性 SW1 ON OFF SW2 OFF ON SW3 OFF OFF SW4 ON ON SW5 OFF OFF SW6 OFF OFF
PID控制(比例—积分—微分控制)算法在过程控制领域中的闭环控制中得到 了广泛应用。
r(t) + -
e(t)
PID控制环节
M(t)
被控对象
C(t)
反馈环节
PID控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差e是给定 值SP和测量值PV的差值。式(1)为PID控制的位置式算法，回路的输出 变量M(t)是时间的函数，它可以看作是比例项、积分项、微分项3项之 t 和： M (t ) KC e KC edt M initial KCde / dt
在进行接线时应注意以下几点。 (1) 传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线 。 (2) 敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。 (3) 避免将信号线与电源线路平行接近布置。 (4) 使用高质量的24V DC传感器电源，以保证无噪声 及稳定运行。
3_S7-200 SMART_PID解析
给定值 +-
控制器
实测值
PID控制器
干扰
执行器
控制对象
被控变量
变送器
广义对象
温度、压力、流量、液 位、功率、电流等
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mn Kc en K I en MX K D en en1
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PID控制— 模拟量输出
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PID控制— 模拟量输出
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S7-200 SMART
PID Control
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对象介绍
干扰量 z
热能
调节阀
调节对象
室内温度测量
y – 调节量
调节器
e – 调节偏差
x – 被调量 w – 设定值
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要实现无扰动切换必须满足以下条件： ➢从自动向手动切换时，使手动输出值等于当前的实际控制输出值； ➢从手动向自动切换使，使设定值相当于当前的过程反馈值。
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S7-200PLC 模拟量处理&PID汇总该资料分为两部分，上半部分主要讲了模拟量模块的信号处理和接线方式。
下半部分主要讲了PID 参数功能汇总和注意事项，以及某些问题的解决方法。
可根据需要看自己需要的那部分资料。
模拟量模块接线和数据处理。
EM235 是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4 路模拟量输入和1 路模拟量输出功能。
模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX 和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。
对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辩率。
224XP自带2路模拟量输入和1路模拟量输出。
224XP模拟量部分的共6个端子，分别是模拟量输出的M、I、V和模拟量输入的M、A+、B+。
输出的M与电源的M等电位，V对M输出0-10VDC，I对M输出0-20mA。
但V、I只能使用其一，不能同时使用。
输入的A+对M，B+对M都是输入0-10VDC，两路模拟量输入共用1个M 端子；对应AIW0、AIW2的值是0-320000－－10V电压信号和4－－20mA电流信号举一例：如下图：模拟电压输入（电流输入、输出与电压接线相似）模拟电压输出224XP没有电流输入端子。
如果要输入电流0-20（或4-20）mA，要并联1个电阻，将电流输入转换成电输入。
/CPU 224XP分两种，一是：CPU 224XP DC/DC/DC ；二是：CPU 224XP AC/DC/继电器模拟量都是：2输入1输出。
模拟量输入类型：单端输入；电压范围：±10V ；数据字格式，满量程：- 32,000 至+ 32,000模拟量输入接线端子是：M, A+, B+解释如下：第一个模拟量输入：M与A+之间仅可以输入电压，不可输入电流，可以是正电压，也可以是负电压，两端之间电压不是20伏，可以是正10伏，也可以是负10伏。
第二个模拟量输入：M与B+之间同上。
补充一点：如果有电流信号时如何办？如果有可以输入电流信号的模块当然可以解决了。
如果仅有CPU224XP模块，可以采取变通的办法，那就是将电流信号变更为电压信号：在电流信号的两端接入一电阻，然后取电阻两端的电压信号即可，当然电阻的值需要经过计算，在电流最大值时，电阻两端的电压最大值是10伏。
这样可以变通的将电流信号变更为电压信号。
比较全面的s7-200模拟量接线目前使用最广泛的是集成两线制信号变送器. 它可将传感器信号变送为4～20 mA 的电流信号输出, 而且输出信号线与电源线复用. 两线制变送的突出优点是现场变送器与控制室仪表之间的联系仅仅使用两根双绞线, 这两根双绞线既是供给变送器工作的电源线, 又是信号输出线. 同时变送器与二次仪表的接口采用两线制可使线路简化, 接口简单。
二线制的变送器对电源的消耗是有上限的，一个使用24V输出4~20mA的变送器，它的最大功率允许消耗是480mW，如果可能超过这个限度，则输出失准，就不能设计成二线制的仪表，就必须电源线和信号线分开。
至于二线制、四线制仪表的选用，能用二线制就尽量用二线制的。
之所以有四线制的存在，一个原因是上面说的电源消耗问题，另一个原因是早期电子技术的局限性及成本考虑，因为二线制电路用到的IC，尤其高精度的IC，其成本是相当不菲的。
温变的n线制有两种意思：一是指变送器的供电/信号传输方式。
通常不加说明的情况下，几线制是指这情况。
2线制是在一对导线上，在供电的同时进行信号传输；3线制是供电/信号各用一根专线，同时共用一根负/地线；4线制是供电/信号各用两根专线。
二是指测量（输入）使用几根线：热电偶测温通常只需2线；热电阻测温可以用2线，但会因为导线的电阻随温度变化而引入较大的误差；3、4线可以很好的消除导线的温度影响，但4线因性价比的关系只有要求极高的情况下才会用，工业上一般采用3线。
一般情况下两线制传感器指的是电流输出（如4-20mA）的，一根是信号线，一根是电源线，信号线和供电是共用的两根，即既作为传感器的供电，又作为信号的输出，至于正负，就测量输出电压就可以判断了。
三线制传感器指的是电压输出（如0-5V）的，一根是信号线，一根是电源线，一根是公共线，三线制：信号线和电源输入共用一个0V的公共端。
其他一样。
四线制传感器指的是毫伏电压输出（如0-20mv），一根是信号+，一根是信号-，一根是电源+，一根是电源-。
四线制：信号线和电源输入是完全分开的，两根供电，两根输出，正负判断同样量输出电压即可。
这个各个厂家对传感器线的颜色定义可能不能，不能单独的从线的颜色上分辨，有的传感器可能没有加反向保护，如果接错线，可能会导致传感器电路损坏。
最好的办法就是参照附件说明书上接线。
四线制说的是变送器（即传感器）采用四根线，其中两根为电源线（需要外接电源单独供电），另外两根为信号线（传输4-20mA信号），接到AI模块上；而两线制是变送器采用两个线，这两根线既是信号线又作为电源线，接到AI模块上，理所当然的变送器的电源由AI模块提供在模拟量参数设置中：1.组态为2线制时，模块除了采集信号还给传感器供电2.组态为4线制时，模块只采集信号，传感器由外部供电两线制是指；电源24V正接到仪表的正端，然后由负端的信号进入模块的正端，模块负端出来的线接到COM端也就是24V负端！从而采集信号。
四线制仪表是仪表需要独立的供电电源，如24V直流和220V交流。
给仪表供电。
然后由仪表的信号输出端输出信号直接接入模块的信号输入端子即可。
模拟量输入是采集外部模拟信号进行转换就可以了如温度0-100摄氏度如果是电流4-20MA在西门子200里的工程量就是6400-32000了！这样你就换算得出实时的当前温度。
输出也是换算就可以了！西门子200PID使用向导自整定就可以完成的！只要是PID往往就会有模拟量！两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制电流的两根信号线只提供电流信号。
因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的，因此，当PLC的模板输入通道设定为连接四线制传感器时，PLC只从模板通道的端子上采集模拟信号，而当PLC的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，PLC 的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。
传感器型号：1、两线制（本身需要供给24vDC电源的，输出信号为4-20MA，电流）即+接24vdc,负输出4-20mA电流。
2、四线制（有自己的供电电源，一般是220vac ，信号线输出+为4-20ma 正，-为4-20ma负。
PLC：(以2正、3负为例)1、两线制时正极2输出24VDC电压，3接收电流），所以遇到两线制传感器时，一种接法是2接传感器正，3接传感器负；跳线为两线制电流信号。
二种接法是2悬空，3接传感器的负，同时传感器正要接柜内24vdc；跳线为两线制电流信号。
(以2正、3负为例)2、四线制时正极2是接收电流，3是负极。
(四线制好处是传感器负极信号与柜内M为不同电平时不会影响精度很大，因为是传感器本身电流的回路)遇到四线制传感器时，一种方法是2接传感器正，3接传感器负，plc跳线为4线制电流。
(以2正、3负为例)3、四线制传感器与plc两线制跳线接法：信号线负与柜内M线相连。
将传感器正与plc的3相连，2悬空，跳线为两线制电流。
(以2正、3负为例)4、电压信号：2接传感器正，3接传感器负，plc跳线为电压信号。
PID功能参数及设置问题汇总PID的调整关键在实践和经验。
和多次的调整。
你可把他分为粗调和微调。
可按以下调整原则调整：任何闭环控制系统的首要任务是要稳（稳定）、快（快速）、准（准确）的响应命令。
PID调整的主要工作就是如何实现这一任务。
PID调整方法。
增大比例系数P将加快系统的响应,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现,过大的比例系数会使系统有比较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。
积分能在比例的基础上消除余差,它能对稳定后有累积误差的系统进行误差修整,减小稳态误差。
微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当的情况下,对于提高系统的动态性能指标,有着显著效果,它可以使系统超调量减小,稳定性增加,动态误差减小。
综上所述,P---比例控制系统的响应快速性,快速作用于输出,好比"现在"（现在就起作用,快）,I---积分控制系统的准确性,消除过去的累积误差,好比"过去"（清除过去积怨,回到准确轨道）,D---微分控制系统的稳定性,具有超前控制作用,好比"未来"（放眼未来,未雨绸缪,稳定才能发展）。
当然这个结论也不可一概而论,只是想让初学者更加快速的理解PID的作用。
在调整的时候,你所要做的任务就是在系统结构允许的情况下,在这三个参数之间权衡调整,达到最佳控制效果,实现稳快准的控制特点。
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。
二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。
三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
现在一般采用的是临界比例法。
利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整P\I\D的大小。
比例I/微分D=2，具体值可根据仪表定，再调整比例带P，P过头，到达稳定的时间长，P太短，会震荡，永远也打不到设定要求。
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s,液位L: P=20~80%,T=60~300s,流量L: P=40~100%,T=6~60s。