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PID运算
PID运算是FB58的运算核心,主要通过对偏差信号(设定值SP_INT-过程值PV)进行比例、积分、微分运算来得到对阀门、变频器等执行机构的控制信号。具体流图如下图所示:
图7 PID运算流程
从上述流程图中有如下几点信息:
- 比例、积分和微分都是对比例和增益参数的乘积之积的运算,其在时间域上的表达式为:
- 特殊地,在积分时间TI和微分时间TD为0的时候,积分作用和微分作用被取消激活,此时为纯比例控制;
- 对于反作用方式,需要将增益GAIN设置为负数;
-PFAC_SP为比例弱化功能。在设定值SP_INT发生阶跃变化时,设置比例因子PFAC_SP,从而达到减弱因为设定值修改而导致的不稳定,该比例因子PFAC_SP的取值范围是0.0~1.0;
- 对于积分作用,在I_ITL_ON为1的时候,积分结果就是I_ITLVAL;
-积分功能中的INT_HPOS和INT_HNEG参数为正向积分功能保持和反向积分功能保持,如果此时偏差ER和增益GAIN的乘积为正,且INT_HPOS为True,那么此次运算周期中积分的增加量为0,即积分项LMN_I的输出不会改变。INT_HNEG的作用与此类似。
- 微分功能中的D_F参数是微分因子,在微分运算中和周期时间CYCLE作用类似。
2.4 手动/自动切换
FB58的手动/自动切换是通过参数MAN_ON来完成的,在MAN_ON为True的时候,PID处在手动工作状态,此时,手动值通过参数MAN给出。
图8 控制输出
默认情况下,LMN_HLM和LMN_LLM分别是100.0和0.0,从上图中可以看出,手动值的有效数值范围也应该是0.0~100.0。
在参数MAN_ON为False的情况下,PID投入运行,控制回路处于自动工作状态。
为了降低手动/自动切换过程中扰动,算法通过如下措施来实现无扰切换:
- 在自动的状态下,比例和积分的运算结果之和会写入到单元MAN中,这样在由自动切换到手动的过程中不会引起控制输出波动;
-在手动的状态下,积分项的输出等于MAN的值减去比例项的值(偏差ER*增益Gain),而在自动状态中,积分项是一个累计的结果,这样在切换到自动状态时积分项不会有太大的突变。
从上面的分析可以知道,FB58已经集成了相应的无扰切换的功能,不需要编写额外的程序来实现。
2.5 保存和重新装载参数
保存和重新装载控制器参数是FB58中的新功能,主要用来实现在多套参数之间的切换。
图9 控制参数保存和重新装载
从上图中可以看出,控制参数的处理有三种方式:
(1)从PID_CON/PI_CON中装载
要实现此装载,必须满足如下几种条件:
手动控制状态(MAN_ON=True);
PID_CON.GAIN或者PI_CON.GAIN不为0;
LOAD_PID为1
如果参数PID_ON为1,则从PID_CON中装载如下参数:
GAIN、TI、TD,并计算CONZONE=250.0/GAIN
如果参数PID_ON为0,则从PI_CON中装载如下参数:
GAIN、TI、TD,并计算CONZONE=250.0/GAIN。特殊地,此时会关闭控制带功能,即设置CON_ZONE参数为0,并让微分参数TD设置为0.0。