DCS及PLC控制系统中PID的运算及应用

现在国内外一些著名的品牌厂家几乎论断的整个工业自动化控制领域，如：国外的有艾默生、西门子;国内的有：浙大中控、和利时等，那么在这些控制系统中最常规的PID控制是怎么实现的，他们又是怎么进行编程组态得到的PLD运算的，本文就常规的PID及起模块进行总结以及应用做个简单的介绍：

　　一、DCS及PLC控制系统中PID的运算

　　1 指令解说

　　l 上式T为梯形图时间继电器周期输出，在此引为采样及调节周期。

　　l S1为设定的目标值，又称给定值

　　l S2为实际测定值。

　　l S3为PID控制参数的起始参数单元，控制参数占用S3后续的25个D数据寄存器。具体说明如下：

　　S3+0: TS 采样时间 设定为K1(1T)

　　S3+1: ACT.运算方向 一般设为 H0001;

　　设为H0000时为反PID运算。

　　S3+2: L 滤波系数 0-99% 0% 无滤波。 参考设定为K50

　　0000-99.00

　　S3+3: KP 比例増益 0-32767% 参考设定为K2000。

　　0000-327.67

　　S3+4: TI 积分时间 0-32767(•1T) 参考设定为K500。

　　S3+5: KD 微分増益 0-32767% 一般设定为K0。

　　0000-327.67

　　S3+6: TD 微分参数 0-32767(•1T) 设定为K0，无微分

　　S3+7: 偏差，浮点数表示，占两个字节：S7+7，S7+8。

　　E(K)=SV-PV (ACT.0=1)

　　E(K)=PV-SV (ACT.0=0)

　　S3+8:

　　S3+9: 偏差的一阶导数，浮点数表示。S3+9，S3+10

　　E(K)'=E(K)-E(K-1)

　　S3+10:

　　S3+11: 偏差的二阶导数，浮点数表示。S3+11，S3+12

　　E(K)''=E(K)'-E(K-1)'

　　S3+12:

　　S3+13: 本次滤波后的实测值，浮点数表示。S3+13，S3+14。

　　PVF(K)=PV(K)+L• [PVF(K-1)-PV(K)]

　　S3+14:

　　S3+15: PID的微分调整项，浮点数表示。S3+15，S3+16。

　　PID_D(K)=[TD•E(K)''+KD•TD•PID_D(K-1)]/(TS+KD•TD)

　　S3+16:

　　S3+17: PID的本次调整输出，浮点数表示。S3+17，S3+18

　　DMV(K)=DMV(K-1)小数部分+KP[E(K)'+TS•E(K)/TI+PID_D(K)]

　　S3+18:

　　S3+19: PID控制的输出值，取值范围：0-32767。

　　MV(K)=MV(K-1)+INT(DMV)

　　S3+20: SH 上限报警 设定为K20000

　　S3+21: SL 下限报警 设定为K20

　　S3+22: OH 上限幅值 设定为K10000

　　S3+23: OL 下限幅值 设定为K20

　　S3+24: ALM.0 SH上限报警时ON

　　ALM.1 SL下限报警时ON

　　ALM.2 OH上限输出时ON

　　ALM.3 OL下限输出时ON

PID运算式

　　1. PVF(K)=PV(K)+L•[PV(K-1)-PV(K)]

　　E(K)=SV(K)-PVF(K)

　　E(K)'=E(K)-E(K-1)

　　E(K)''=E(K)'-E(K-1)'

　　2. D(K)=[TD•E(K)''+KD•TD•D(K-1)]/(TS+KD•TD)

　　3. MV(K)=MV(K-1)+KP•[E(K)'+TS•E(K)/TI+D(K)]

　　符号说明：

　　PV：测定值。 SV：目标值。 MV：输出值。

　　PVF：滤波后的测定值。

　　L ：滤波系数。

　　TS：采样时间。

　　KP：比例増益。

　　TI：积分时间。

　　TD：微分时间。

　　KD：微分増益。

　　PV(K)：本次采样测定值。

　　D(K)： 微分项。

　　INT(DMV)：PID本次增量输出。

　　PV(K-1)：一个调节周期T前测定值。

　　二、DCS及PLC控制系统中PID的运算的应用

　　案例一. 控制一组(四台)实验电炉，温度检测用PT100热电阻，工作温度在100℃以下，控制精度要求在0.1℃,超调小于0.5℃。热源为电阻丝，每电炉发热总功率380VAC 8KW。

　　控制方案：选一混合型PLC作调节控制单元，其输出控制四个三相智能模块硅，办公室计算机与PLC通信，作温度跟踪记录。

　　各通道的设置参数(由人机界面或字符屏设定)：

　　0通道1通道2通道3通道

　　AI通道设定温度D300D310D320D330

　　P参数D301D311D321D331

　　I参数D302D312D322D332

　　D参数D303D313D323D333

　　PID手动自动切换M100M110M120M130

　　手动加M101M111M121M131

　　手动减M102M112M122M132

　　实测温度D10D11D12D13

　　DA通道输出电流D20D21D21D23

　　选取其中一路作简要说明:

　　第一步：规划并设定控制区参数。PID控制共占用28个数据寄存器，第一路控温规划到D2000-D2027。

　　第二步：PID调节与手动调节要相互协调，做到无扰切换。示例中，手动调节和自动调节最终输出都归入D2028