在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域，比例積分微分（PID）控制器是最廣泛應(yīng)用的控制技術(shù)之一。它通過比例、積分、微分三個控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)，以達(dá)到期望的控制效果。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，PID控制器被應(yīng)用于各種工業(yè)過程，如溫度、壓力、流量和液位的控制。本文將詳細(xì)介紹聯(lián)誠科技的LicOS PLC/PAC產(chǎn)品中如何應(yīng)用PID控制技術(shù)，并提供具體的操作步驟和案例分析。
聯(lián)誠科技是國內(nèi)領(lǐng)先的自動化控制解決方案提供商，其LicOS PLC/PAC產(chǎn)品系列在工業(yè)自動化領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。結(jié)合LicOS的強(qiáng)大功能和Smart Control編程調(diào)試軟件，用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的PID控制。
一、什么是PID控制？
PID控制器通過以下三個基本控制動作來調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
比例控制（P）：
比例控制器根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前誤差（設(shè)定值與實(shí)際值之間的差異）來調(diào)節(jié)輸出。比例增益（KP）決定了控制器對誤差的響應(yīng)強(qiáng)度。然而，過高的比例增益可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，甚至失去穩(wěn)定性。
積分控制（I）：
積分控制是將一段時間內(nèi)的誤差相加。即使是一個很小的誤差，也會讓積分反饋緩慢增加。積分反饋會根據(jù)積分時間（TN）持續(xù)增加，除非誤差為0。因此，積分反饋的目的在于將穩(wěn)定狀態(tài)的誤差保持在0。穩(wěn)定狀態(tài)誤差是過程變量和設(shè)定值之間的差值。
微分控制（D）：
微分控制器根據(jù)誤差變化的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供對快速變化的響應(yīng)。微分時間（TV）決定了微分控制的敏感度。盡管微分控制可以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但對噪聲敏感，可能引入不穩(wěn)定性。
圖 PID控制器
使用場景
PID控制器廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療設(shè)備、農(nóng)業(yè)、科研和航天、應(yīng)急救援等。
二、如何在LicOS PLC/PAC中使用PID控制？
準(zhǔn)備工作
添加Util庫文件：
在LicOS的Smart Control軟件中，PID功能塊隸屬于Util工具庫。因此，在開始使用PID控制功能之前，需要先在庫管理器中添加Util庫。
步驟：雙擊庫管理器 -> 添加庫 -> 顯示高級庫 -> 搜索“Util” -> 確定。
圖 添加庫
圖 搜索Util庫
圖 Util庫添加完成
LicOS_PLC中調(diào)用Util庫的 PID控制器功能塊。PID控制器功能庫包含：PD (FB)、PID (FB)、PID_FIXCYCLE (FB)
圖 LicOS Util PID控制器功能庫
功能：PD (FB)為比例微分作用控制器，PID (FB)為比例積分微分作用控制器，但其循環(huán)時間會和PLC任務(wù)循環(huán)時間相關(guān)，PID _FIXCYCLE(FB)功能塊功能和PID(FB)功能塊相似，區(qū)別是其控制器循環(huán)時間為固定，按設(shè)定的CYCLE時間參數(shù)執(zhí)行。
PID_FIXCYCLE (FB)功能塊如圖所示：
圖 PID_FIXCYCLE功能塊
PID_FIXCYCLE (FB)功能塊引腳定義如圖所示。
圖 PID_FIXCYCLE功能塊引腳定義
ACTUAL: 當(dāng)前輸入值，顯示過程模擬量當(dāng)前輸入值。
SET_POINT：目標(biāo)設(shè)定值，被控制模擬量需要達(dá)到的目標(biāo)值。
KP：比例增益系數(shù)。
TN：積分時間，以秒為單位。
TV：微分時間，以秒為單位。
Y_MANUAL：控制器手動時輸出值，當(dāng)控制器手動輸出激活時，Y輸出等于Y_MANUAL值。
Y_OFFSET：輸出值附加偏移量。
Y_MIN：PID控制輸出值最小限值。
Y_MAX：PID控制輸出值最大限值。
MANUAL：控制器手動控制觸發(fā)位。
RESET：PID控制器復(fù)位觸發(fā)位，觸發(fā)時僅輸出Y_OFFSET值，積分項(xiàng)累計(jì)復(fù)位清零。
CYCLE：控制器循環(huán)時間設(shè)定值，以秒為單位。
Y：PID控制器調(diào)節(jié)輸出值。
LIMITS_ACTIVE：當(dāng)Y_MIN或Y_MAX觸發(fā)輸出時，LIMITS_ACTIVE觸發(fā)TRUE。
OVERFLOW：積分累計(jì)過飽和溢出時觸發(fā)OVERFLOW為TRUE。
例如用溫度PID控制舉例說明，首先對當(dāng)前值A(chǔ)CTUAL映射好模擬量輸入，熱電偶溫度傳感器輸入值，然后設(shè)定好目標(biāo)加熱目標(biāo)溫度SET_POINT，再將比例系數(shù)KP，積分時間TN，微分時間TV根據(jù)工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)設(shè)定調(diào)整到合適值，MANUAL為False，Y_OFFSET設(shè)為0，Y_MIN設(shè)0 Y_MAX設(shè)100。循環(huán)時間CYCLE設(shè)0.01S。這時當(dāng)PID控制器穩(wěn)定后會輸出加熱器加熱幅度自動調(diào)整以穩(wěn)定溫度到設(shè)定的目標(biāo)值。
溫度控制實(shí)驗(yàn)平臺現(xiàn)場圖片，如圖展示。
圖 PID溫控實(shí)測
LicOS聯(lián)誠產(chǎn)品配置情況，如圖所示。
圖 LicOS聯(lián)誠產(chǎn)品配置
需要注意的是PID功能塊的測試執(zhí)行最好單獨(dú)用一個Task任務(wù)，周期時間建議25ms以上。如圖所示。
圖 例程任務(wù)配置
1.定義相關(guān)變量，如圖所示。
圖 例程變量定義
2.PID功能塊調(diào)用，如圖所示。
圖 PID功能塊調(diào)用
3.在線測試，本例程測試的PLC的LAN1 IP地址為192.168.20.80，程序測試如圖。
圖 例程在線PID調(diào)試成功
本案例模擬量PID溫控曲線示意，如圖所示。
圖 PID溫控圖形曲線
可見設(shè)定的加熱溫度為38攝氏度，PID控制器功能執(zhí)行后實(shí)測溫度在37.9攝氏度，誤差約0.1攝氏度，并隨著時間延長，溫度誤差逐步降到0。
在實(shí)際調(diào)試中，可以先大致設(shè)定一個經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。
流量系統(tǒng)：P(%)40--100，I(S)6--60
壓力系統(tǒng)：P(%)30--70， I(S)24--180
液位系統(tǒng)：P(%)20--80， I(S)60--300
溫度系統(tǒng)：P(%)20--60， I(S)180--600，D(S)30--180
經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)試湊口訣:
參數(shù)整定找最佳， 從小到大順序查。
先是比例后積分， 最后再把微分加。
曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大。
曲線漂浮繞大彎， 比例度盤往小扳。
曲線偏離回復(fù)慢， 積分時間往下降。
曲線波動周期長， 積分時間再加長。
曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來。
動差大來波動慢， 微分時間應(yīng)加長。
理想曲線兩個波， 前高后低四比一。
一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。
PID調(diào)節(jié)各參數(shù)曲線變化如圖所示。
圖 PID調(diào)節(jié)參數(shù)變化曲線
J.G.Ziegler和N.B.Nichoks在1942年提出兩種整定PID參數(shù)的方法：
衰減比法：
目標(biāo)是使系統(tǒng)的振蕩衰減比達(dá)到4:1，即在一個周期內(nèi)振蕩幅度減小到原值的1/4。
穩(wěn)定邊界法：
增加比例增益，直到系統(tǒng)進(jìn)入臨界振蕩狀態(tài)，測量此時的臨界增益（Ku）和臨界周期（Pu），然后根據(jù)Z-N整定法表格調(diào)整PID參數(shù)。
通過本文的介紹，相信您已經(jīng)掌握了如何在聯(lián)誠科技的LicOS PLC/PAC產(chǎn)品中應(yīng)用PID控制技術(shù)。LicOS產(chǎn)品提供了強(qiáng)大的功能和靈活的配置選項(xiàng)，使得復(fù)雜的控制任務(wù)變得簡單和高效。無論是在工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療還是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，LicOS都能夠提供穩(wěn)定和可靠的控制解決方案。
在全球競爭日益激烈的工業(yè)自動化市場中，聯(lián)誠科技始終致力于技術(shù)創(chuàng)新和卓越品質(zhì)。我們不僅提供高性能的自動化控制產(chǎn)品，更以客戶為中心，提供全方位的技術(shù)支持和服務(wù)。聯(lián)誠科技的LicOS PLC/PAC系列產(chǎn)品，通過先進(jìn)的控制技術(shù)和易用的軟件平臺，幫助客戶提升生產(chǎn)效率，優(yōu)化控制過程，實(shí)現(xiàn)智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
如同PID控制器以精確和穩(wěn)定著稱，聯(lián)誠科技也將在科技創(chuàng)新的道路上不斷前行，我們堅(jiān)信，通過我們的努力和創(chuàng)新，必將為客戶和社會帶來更大的價值和更廣闊的未來。
EC200系列CPU是一款高性能小型PLC，充分發(fā)揮小型機(jī)的單體優(yōu)勢，以超值的性價比為用戶小型控制系統(tǒng)提供解決方案。
EC300系列CPU是一款中型PLC，通信接口豐富且拓展性強(qiáng)，為過程控制領(lǐng)域的中小型設(shè)備和系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠和高性價比的解決方案。
EC400系列CPU是一款大型PLC，具有豐富的通信接口和強(qiáng)大的拓展性，支持雙CPU和雙PLC冗余，為過程控制領(lǐng)域的大型系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠和高性價比的解決方案。
LicOS MC500是一款小型運(yùn)動控制器，支持總線軸和脈沖軸，在16軸以內(nèi)或者總線+脈沖混合運(yùn)動控制場景中，MC500提供穩(wěn)定可靠、高性價比的混合式運(yùn)動控制解決方案。
LicOS MC600系列是一款中型運(yùn)動控制器，它提供穩(wěn)定可靠、性能強(qiáng)大的混合式運(yùn)動控制解決方案。
LicOS MC700是專門針對高難度、高精度要求的復(fù)雜運(yùn)動控制系統(tǒng)或設(shè)備打造的一款產(chǎn)品，它擁有極強(qiáng)的算力和實(shí)時性保證。
GL200系列IO系統(tǒng)以其豐富的模塊種類、小巧便利的刀片式設(shè)計(jì)、高分辨率信號采集和實(shí)時反饋能力，為自動化行業(yè)提供穩(wěn)定可靠的解決方案。
GR200系列耦合器，支持EtherCAT與Profinet，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)架擴(kuò)展，配備24V冗余電源和16通道數(shù)字I/O，簡化工控自動化集成。
GL100系列IO系統(tǒng)以全面覆蓋的模塊類型、高分辨率信號處理和靈活的工程組態(tài)能力，為用戶提供定制化解決方案，滿足多樣化的工業(yè)自動化需求。
LicOS GR100系列耦合器支持EtherCAT和PROFINET雙協(xié)議，兼容主流設(shè)備，適配GL100系列IO模塊，提供全面的通道級診斷功能，實(shí)現(xiàn)高效系統(tǒng)構(gòu)建與故障響應(yīng)。
S2系列伺服驅(qū)動器，以全新設(shè)計(jì)和精巧外觀，結(jié)合LSM系列伺服電機(jī)，提供全面的驅(qū)動控制解決方案，實(shí)現(xiàn)位置、速度和扭矩的精確切換，確保性能卓越和用戶體驗(yàn)的便捷與靈活。
S3系列伺服驅(qū)動器以其比S2更緊湊的體積，專為狹窄空間設(shè)計(jì)，與LSM系列伺服電機(jī)的無縫配合，提供適用于各種驅(qū)動應(yīng)用的高性能解決方案，實(shí)現(xiàn)靈活的位置、速度和扭矩控制，確保用戶享有卓越性能和穩(wěn)定可靠的操作體驗(yàn)。
LicOS T3系列脈沖型伺服是新一代高性能伺服驅(qū)動器，可實(shí)現(xiàn)亞微米級別的位置控制精度，可大幅提升工業(yè)自動化設(shè)備的精座，速度、效率和穩(wěn)定性。具備通用化和平臺化兩大特點(diǎn)，支持RS485通信，功率范圍涵蓋200W~1000VV。
LicOS U系列新一代高性能AC伺服驅(qū)動器。具有高響應(yīng)，高精度、高速度的特點(diǎn)，同時采用先進(jìn)底層算法，擁有多種高級功能，能夠適應(yīng)多行業(yè)場景，功率范圍涵蓋100W~7500W
