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

PID功能塊描述

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

PID_FIXCYCLE (FB)功能塊

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

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，積分項累計復(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：積分累計過飽和溢出時觸發(fā)OVERFLOW為TRUE。

PID_FIXCYCLE功能分析

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。

三、PID功能塊的使用例程

PID溫控實驗配置

溫度控制實驗平臺現(xiàn)場圖片，如圖展示。

圖 PID溫控實測

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

ST例程

需要注意的是PID功能塊的測試執(zhí)行最好單獨用一個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。

四、PID參數(shù)調(diào)整方法

PID經(jīng)驗整定法

在實際調(diào)試中，可以先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，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

PID參數(shù)Z-N整定法

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，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。