产品描述
西门子中国代理商通讯电缆供应商采购
与无法比较,plc是控制器,是孤立的产品,而dcs是系统。但plc可以与dcs的控制站比较,plc的循环周期在10毫秒左右,而dcs控制站在500毫秒左右,plc的开放性好,作为产品其立工作的能力强。
dcs是一个系统包括上位软件、网络与控制器,而plc只是一个控制器,要构成系统还需要上位scada系统和与之相连的网络。
对pid回路控制,现在三菱的过程控制器也可以实现象sama组态一样的fbd编程;dcs系统大,控制的回路数目多,有比较多的控制和算法,可以完成比较复杂的回路间的控制。硬件性差不多。dcs可以做到i/o的冗余,plc则不可以。相对而言,plc构成的系统。
dcs是一种“分散式控制系统”,硬件上包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机,以及联系他们的网络系统;dcs软件上是一个整体方案,解决的是一个系统的所有技术问题,系统各部分之间结合严密。
plc是一个装置,硬件同于dcs中的现场控制器;软件上是一个局部方案,站与站之间组织松散。
分析dcs与plc的区别,关键的是两点,一是dcs是分布式控制,拥有全局数据库;二是plc是顺序扫描机制,dcs是以时间为基准的控制。我们的系统符合点,例如一个i/o标签的修改,在也可以同步体现。
plc:
从开关量控制发展到顺序控制、运送处理,是从下往上的连续pid控制等多功能,pid在中断站中。
可用一台pc机为主站,多台同型plc为从站。
也可一台plc为主站,多台同型plc为从站,构成plc网络。这比用pc机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行。
plc网格既可作为立dcs,也可作为dcs的子系统。
plc主要用于工业过程中的顺序控制,新型plc也兼有闭环控制功能。
dcs:
分散控制系统dcs集4c(communication,computer, control、crt)技术于一身的监控技术。
从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(communication)是关键。
pid在中断站中,中断站联接计算机与现场与控制装置是树状拓扑和并行连续的链路结构,也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
模拟信号,a/d—d/a、带微处理器的混合。
一台仪表一对线接到i/o,由控制站挂到局域网lan。
dcs是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场测控站)的3级结构。用于大规模的连续过程控制,如石化等。
一、选择合适的网络
对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲,选择网络是很重要的,甚至有人提出了“网络就是控制器”的概念。,网络是开放的,以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展;其次,针对不同网络层次的传输性能要求来选择网络的形式,这在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行;另外,综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题,确定不同层次所使用的网络标准。一个实时系统的性能可从时间、性和应用对象三个方面来衡量。
二、掌握扫描原理
与其它控制设备比较,plc重要的特征是“扫描”。plc上电后,自动重复执行程序扫描和i/o扫描,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在输入采样阶段,plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入i/o 映象区中相应的单元内,输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段,即使输入状态和数据发生变化,i/o 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。在用户程序执行阶段,plc按由上而下、先左后右的顺序依次地扫描程序(梯形图),根据逻辑运算的结果,刷新ram存储区或i/o映象区对应单元的状态。在输出刷新阶段,根据i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设,这时,才是plc 的真正输出。可见,采用plc程序控制的过程和结果与逻辑回路是有区别的,特别是涉及到梯级的次序、脉冲信号的捕捉等,与plc的扫描原理是密切相关的。实践中,大量的程序问题均源于此,常常会出现不可思议的。因此,设计plc程序,精通plc的基本原理。
三、力求结构化程序设计
提高程序的质量,提高编程效率,使程序具有良好的可读性、性、可维护性以及良好的结构,是每位程序设计者的目标。iec61131-3是(iec)于1999年推出的用于工业控制领域的标准化编程语言,具有开放性、可移植性、结构化编程和结构化数据、检错和纠错能力强等特点,适用于。采用结构化程序设计,便于构造程序(尤其是复杂的程序)、多人设计,调试以及软件管理。虽然软件工程的思想已被绝大部分程序员所接受,但要将这种思想转化为软件开发过程中的自觉行为却不是一件很容易的事。
四、重视抗干扰措施
自动化系统应用于恶劣的工业现场,抗干扰措施尤为重要。实践中,经常出现由于干扰导致调试失败甚至设备损坏的事例。自动化系统的干扰,有以下3类来源:
1)空间辐射干扰;
2)系统外部线路,包括线、信号线、接地系统等引入的干扰;
3)系统内部电磁辐射及线路干扰。
五、针对这些干扰,在工程实施中要考虑以下措施:
1)在系统结构设计与设备选型时,充分考虑环境适应性和电磁兼容性;
2) 采用性能优良的电源,抑制电网引入的干扰;
3)合理选择和敷设电缆、电线;
4)硬件上采取隔离装置或滤波装置;
5)软件上采取提高性的措施,如数字滤波、定时校正参考点电位、信息冗余等;
6)正确选择接地方式,一般采用一点接地和串联一点接地。
1.微处理器(cpu)
同一般的微机一样,cpu是plc的,相当于人的大脑,是plc的运算、控制,用来实现逻辑、算术运算,并对整机进行控制。
不同型号可编程控制器的cpu芯片是不同的,有的采用通用cpu 芯片,如 8031、 8051、8086、80826 等,也有采用厂家自行设计的 cpu 芯片(如西门子公司的 s7-200 系列可编程控制器均采用其自行研制的芯片),随着cpu芯片技术的不断发展,可编程控制器所用的cpu芯片也越来越。
注意: cpu 芯片的性能关系到可编程控制器处理控制信号的能力与速度,cpu 位数越高,系统处理的信息量越大,运算速度也越快。
2.存储器
存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是由plc的制造厂家编写的,和plc的硬件组成有关,完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、 通信及各种参数设定等功能,提供plc运行的平台。系统程序关系到plc的性能,而且在 plc 使用过程中不会变动,所以是由制造厂家直接固化在只读存储器rom、prom 或 eprom中,用户不能访问和修改。
根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务,用规定的可编程控制器编程语言编写的各种用户程序。目前较的的可编程控制器采用可随时读写的快闪存储器作为用户程序存储器。快闪存储器不需后备电池,掉电时数据也不会丢失。
注意: plc产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。
3.输入/输出(i/o)单元
输入/输出接口是plc 与外界连接的接口。是cpu与现场i/o装置或其他外部设备之间的连接部件。如图2所示为三菱fx2n型plc外部i/o端口。
输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号,一类是由按钮、选择开关、行程开关、触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。
输出接口用来连接被控对象中各种执行元件,如、电磁阀、指示灯、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)等。
已广泛地应用在工业控制的各个领域,由于plc的应用场合多种多样,随着plc自身功能不断增强,plc应用系统也越来复杂,对plc应用系统设计人员的要求也越来越高。
1、plc控制系统设计的基本原则
①大限度地满足被控对象的控制要求。
②保证控制系统的高、。
③满足上面条件的前提下,力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便。
④选择plc时,要考虑生产和工艺改进所需的余量。
2、plc控制系统设计的基本内容
①选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象。
②分配i/o,设计接线图,考虑措施。
③选择适合系统的plc。
④设计程序。
⑤调试程序,一个是模拟调试,一个是联机调试。
⑥设计控制柜,编写系统交付使用的技术文件,说明书、电气图、电气元件明细表。
⑦验收、交付使用。
3、plc控制系统设计的一般步骤
1)分析被控对象——被控对象工艺工程、工作特点、功能进行分析;输入输出两分析;构成完整的功能表达图和控制流程图;确定plc控制方案。
2)系统硬件配置
plc机型选择——按控制系统需求合理选择,功能涵盖使用要求,避免大马拉小车,、价格、服务等因素都要考虑。
输入/输出(i/o)点数——i/o点数是plc的一项重要指标。合理选择i/o点数可以既满足控制系统要求,又降低系统的成本。plc的i/o点数和种类应根据被控对象的开关量、模拟量等输入输出设备的状况来确定。考虑到以后的调整和发展,可以适当留出备用量(一般20%左右)。
3)软件设计
软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计等,小型开关量控制系统一般只有主程序。
应根据总体要求和控制系统具体情况,确定用户程序的基本结构,画出程序流程图或开关量控制系统的顺序功能图。它们是编程的主要依据,应尽可能地准确和详细。
较简单的系统的梯形图可以用经验法设计,复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。画出系统的顺序功能图后,根据它设计出梯形图程序。有的编程软件可以直接用顺序功能图语言来编程。
4)模拟调试
设计好用户程序后,一般先作模拟调试。有的plc厂家提供了在计算机上运行,可以用来代替plc硬件来调试用户程序的软件,例如西门子公司的与step 7编程软件配套的s7-plcsim软件、三菱公司的与sw3d5c-gppw-c编程软件配套的sw3d5c-llt-c软件。在时按照系统功能的要求,将某些输入元件强制为on或off,或改写某些元件中的数据,监视系统功能是否能正确实现。
如果有plc的硬件,可用小开关和按钮来模拟plc实际的输入信号,例如用它们发出操作指令,如限位开关触点的接通和断开。通过输出模块上各输出位对应的发光,观察输出信号是滞满足设计的要求。
5)硬件调试与系统调试
在现场安装好控制屏后,接入外部的输入元件和执行机构。与控制屏内的调试类似,检查控制屏外的输入信号是否能正确地送到plc的输入端,plc的输出信号是否能正确操作控制屏外的执行机构。完成上述的调试后,将plc置于run状态,运行用户程序,检查控制系统是否能满足要求。
在调试过程中将暴露出系统中可能存在的硬件问题,以及梯形图设计中的问题。发现问题后在现场加以解决,直到符合要求。按系统验收规程的要求,对整个系统进行逐项验收合格后,交付使用。
6)整理技术文件
根据调试的终整理出完整的技术文件,并提供给用户,以便于今后系统的维护与改进。技术文件应包括:plc的外部接线图和其他电气图纸、plc的编程元件表,包括定时器、计数器的设定值等、带注释的程序和必要的总体文字说明。
与一般有三种连接方法。
1、利用plc的模拟量输出模块控制变频器
plc的模拟量输出模块输出0~5v电压信号或4~20 ma电流信号,作为变频器的模拟量输入信号。控制变频器的输出频率,这种控制方式接线简单,但需要选择与变频器输入阻抗匹配的plc输出模块,且plc的模拟量输出模块价格较为昂贵,此外还需采取分压措施使变频器适应plc的电压信号范围,在连接时注意将布线分开,保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。
2、利用plc的开关量输出控制变频器
plc的开关输出量一般可以与变频器的开关量输入端直接相连。这种控制方式的接线简单,抗干扰能力强。利用plc的开关量输出可以控制变频器的启动/停止、正/反转、点动、转速和加减时间等,能实现较为复杂的控制要求,但只能有级调速。
3. plc与485通信接口的连接
大部分的通用变频器都有一个rs485串行接口(有的也提供rs232接口),采用双线连接,其设计标准适用于工业环境的应用对象。单一的rs485链路多可以连接30台变频器,而且根据各变频器的地址或采用广播信息,都可以找到需要通信的变频器。链路中需要有一个主控制器(主站),而各个变频器则是从属的控制对象(从站)。
采用串行接口有以下优点:
(1)大大减少布线的数量。
(2)无须重新布线,即可改控制功能。
(3)可以通过串行接口设置和修改变频器的参数。
(4)可以连续对变频器的特性进行监测和控制。
一套完好的PLC程序,并不仅仅是使体系可以运转起来这么简略,它也需求完好的注释、精巧的架构、的可扩展性、齐备的报警维护体系、运转前的模体系。下面就以STEP7的经验和我们共享一下。
一、完好的注释
在自动化范畴,操控设备的竞赛激烈程度,我们众所周知,各个大鱼小虾,拼命的宣扬自己的产品。可我们忘了,程序也是自己的产品,而作为一件有产品属性的程序,怎么可能不穿衣服,就光溜溜的骑马上阵呢?
程序的注释,起码应该有以下三个方面(STEP7为例):
1、体系注释:整套程序的版权公司和此套程序用处
2、程序块注释:此程序块的主要用处和作者
3、段注释:此段代码的用处
4、变量注释:重要性不再多言
而至于保密性的考虑,我觉得应该再程序的加密算法或许块的加密上考虑,而不该该用减少注释这种小聪明来完成。
二、精巧的架构
PLC程序不管操控的是一个设备或许是以一套体系,在程序编写之前都应该依照功用或许区域设计好整个PLC程序体系的结构,尤其是几个人共用一套PLC体系的时分,一般来说结构应包含以下部分:
1、公共安排程序区:OB1、OB35、OB81....等(STEP7)
2、设备功用程序区:一些现成的可以屡次调用的程序块,如单向电机、双向电机、模量变换
3、公共程序区:通讯功用、模量收集、数字量收集
4、功用区:如液压站功用区、入炉辊道功用区、出炉辊道功用区
5、报警功用区:依据需求或许在各个功用区后边,或许自立出来
6、数据块区:依据功用,划分成有规则的数据区
一个的结构,可以使人很简单看明白整套程序,具有的可读性
三、的扩展性
许多程序可能在进现场之前都现已编好,可是到了现场,可能还需求添加别的的程序,为了避免打乱整套体系的结构,我们需求在每个功用区预留一定的空间作为备用。
四、齐备的报警维护体系
我们的PLC体系往往用于工业环境中,每一次的事端都会形成或大或小的损失,为了做到事端预处理或许在事端中将损失降到小,我们有必要注重PLC的报警和维护,在此将其摘出来作为体系的一个重要组成部分。
五、PLC程序模体系
为了确保现场的调试进展或许给客户展现,我们往往在进现场之前,要对自己的程序进行全自动的模。为此我们需求在程序中加入模程序部分,模程序部分在正常现场运转之后断开。为了使程序具有模功用,需求做以下作业:
1、将实践的PLCI/O点变换为PLC的变量或许数据块变量
2、依据工艺要求编写各个设备的模程序
随着PLC技术的发展,PLC的表现形式和功能都已经有很大的发展,从过的那种比较单一立单元时结构发展到了现在的模块化、网络化、分布式控制的PLC,比如象比较有代表性的AB的Controllogix,MODICON的Quantum,都是大型PLC的典型形式。这些大型PLC可以应用到比较重要、控制规模比较大的工业现场,控制的点数可以有几千点,自然,这种情况下,如果仍然沿用过去PLC的工作方式的话就不能很好完成这种情况下的控制任务,事实也确实如此,大中型PLC的工作方式和小型PLC的已经有了很大的不同。
大中型PLC的一个扫描周期分为六个阶段:
1、 自监视扫描阶段
为了保证工作的性,PLC内部具有自监视或自诊断功能,自监视功能是由监视定时器(WDT,watchdog
timer)完成的,WDT是一个硬件时钟,自监视过程主要是检查及复位WDT,如果在复位前扫描时间已经过WDT的设定值,CPU将停止运行,IO复位,给出报警信号,这种故障称为WDT故障。WDT故障可能由CPU硬件引起,也可能用户程序执行时间太长,使扫描时间过WDT时间而引起的,用编程器可以故障。WDT的设定一般是150-200ms,一般系统的时间都小于50-60ms。在大中型PLC中一般可以对WDT进行修改。
2、 与编程器交换信息阶段
用户使用编程器(计算集中的编程软件)对PLC进行用户程序的上传、下载或者使用上位机中的SA系统对PLC进行监视控制时,PLC的CPU交出控制权,处于被动状态,上述工作完成或达到信心交换的规定时间后,CPU重新得到总线权,恢复主动状态。
在这一阶段中,用户可以通过编程器修改内存的程序,启停CPU,控制IO。
3、 与数字处理器DPU交换信息的阶段
当配有DPU时,才会有这一阶段。
4、 与网络进行通讯的阶段
目前的大中型PLC都是用现场总线协议进行大量数据的交换,比如,controllogix使用controlnet,quantum使用MODBUS
PLUS,在这一段十进之中,PLC和网络进行数据的交换。
5、 用户程序扫描阶段
PLC处于运行状态时,一个扫描周期中就包含了用户程序的扫描阶段。该阶段中,根据用户程序中的指令,PLC从输入状态暂存区和其他软元件的暂存区中将有关状态读出,从条指令开始顺序执行,每一步的执行存入输出状态暂存区。
6、 IO服务扫描阶段
CPU在内存中设置两个暂存区,一个是输入暂存区(输入映象寄存器),一个是输出暂存区(输出映象寄存器),执行用户程序时,用到的输入值从输入暂存区中,放在输出暂存区。在输入服务(输入采阳及刷新)中,CPU将实际的输入端的状态读入到输入暂存区;在输出服务(输出刷新与锁存)中,CPU将输出暂存区的值同时传送到输出状态锁存器。
输入暂存区的数据取决于输入服务阶段各实际输入点的状态,在用户程序执行阶段,输入暂存区的数据不在随输入端的变化而变化,该阶段中,输出暂存区根据执行结果的不同而变化,但输出锁存器内容不变。
一、输入回路的设计
1、电源回路 PLC供电电源一般为 AC85—240V(也有DC24V),适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等)。
2、PLC上DC24V电源的使用各公司 PLC产品上一般都有DC24V电源,但该电源容量小,为几十毫安至几百毫安,用其带负载时要注意容量,同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行)。
3、外部DC24V电源 若输入回路有 DC24V供电的接近开关、光电开关等,而PLC上DC24V电源容量不够时,要从外部提供DC24V电源;但该电源的“—”端不要与 PLC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相连,否则会影响PLC的运行。
4、输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定,如日本三菱公司F7n系列PLC的输入值为:DC24V、7mA,启动电流为4.5mA,关断电流小于1.5mA,因此,当输入回路串有二管或电阻(不能启动),或者有并联电阻或有漏电流时(不能切断),就会有误动作,灵敏度下降,对此应采取措施。另一方面,当输入器件的输入电流大于PLC的大输入电流时,也会引起误动作,应采用弱电流的输入器件,并且选用输人为共漏型输入的 PLC,Bp输入元件的公共点电位相对为负,电流是流出 PLC的输入端。
二、输出回路的设计1、各种输出方式之间的比较
(1)继电器输出:
优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载,且电压也可不同,带负载电流可达2A/点;但继电器输出方式不适用于高频动作的负载,这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少,一般在几十万次至Jl百万次之间,有的公司产品可达1000万次以上,响应时间为10ms。
(2)晶闸管输出:
带负载能力为0.2A/点,只能带交流负载,可适应动作,响应时间为1ms。
(3)晶体管输出:
大优点是适应于高频动作,响应时间短,一般为0.2ms左右,但它只能带 DC 5—30V的负载,大输出负载电流为0./点,但每4点不得大于0.8A。
当你的系统输出频率为每分钟6次以下时,应继电器输出,因其电路设计简单,抗干扰和带负载能力强。当频率为10次/min以下时,既可采用继电器输出方式;也可采用PLC输出驱动达林顿三管(5—10A),再驱动负载(见图2),可大大减小。
2、抗干扰与外部互锁当 PLC输出带感性负载,负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击,为此,对直流感性负载应在其旁边并接续流二管,对交流感性负载应并接浪涌吸收电路,可有效保护PLC。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后,在PLC的外部也应进行互锁,以加强系统的性。
3、“GOM“点的选择不同的 PLC产品,其“COM”点的数量是不一样的,有的一个“COM”点带8个输出点,有的带4个输出点,也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多,且电流大时,采用一个“COM”点带1—2个输出点的 PLC产品;当负载数量多而种类少时,采用一个“COM”点带4—8个输出点的PLC产品。这样会对电路设计带来很多方便,每个“COM”点处加一熔丝,1—2个输出时加2A的熔丝,4—8点输出的加5—10A的熔丝,因 PLC内部一般没有熔丝。
4、PLC外部驱动电路对于 PLC输出不能直接带动负载的情况下,在外部采用驱动电路:可以用三管驱,也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动,同时应采用保护电路和浪涌吸收电路,且每路有显示二管(LED)指示。印制板应做成插拔式,易于维修。
PLC的输入输出布线也有一定的要求,请看各公司的使用说明书。
1、可以在软件中进行自动整定;
2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是的,就需要手动凭经验来进行整定。P参数过小,达到动态平衡的时间就会太长;P参数过大,就产生调。
PID功能块在梯形图(程序)中应当注意的问题:
1、采用PID向导生成PID功能块;
2、我要说一个简单的也是容易被人忽视的问题,那就是:PID功能块的使能控制只能采用SM0.0或任何1个存储器的常开触点并联该存储器的常闭触点这样的断开的触点!
笔者在以前的一个工程调试中就遇到这样的问题:PID功能块有时间动作正常,有时间动作不正常,而且不正常时发现PID功能块都没问题(PID参数正确、使能正确),就是没有输出。后查了好久,突然意识到可能是使能的问题——我在使能端串联了启动/停止控制的保持继电器,我把它改为SM0.0以后,一切正常!
同时也明白了PID功能块有时间动作正常,有时间动作不正常的原因:有时在灌入程序后保持继电器处于动作的状态才不会出现问题,一旦停止了设备就会出现问题——PID功能块使能一旦断开,工作就不会正常!
把这个给大家说说,以免出现同样失误。
下面是PID控制器参数整定的一般方法:
PID控制器的参数整定是控制系统设计的内容。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)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~**,T=6~60s。
书上的常用口诀:
参数整定找,从小到大顺序查;
先是比例后积分,后再把微分加;
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳;
曲线偏离回复慢,积分时间往下降;
曲线波动周期长,积分时间再加长;
曲线振荡频率快,先把微分降下来;
动差大来波动慢。微分时间应加长;
理想曲线两个波,前高后低4比1;
一看二调多分析,调节质量不会低。
经过多年的工作经验,我个人认为PID参数的设置的大小,一方面是要根据控制对象的具体情况而定;另一方面是经验。P是解决幅值震荡,P大了会出现幅值震荡的幅度大,但震荡频率小,系统达到稳定时间长;I是解决动作响应的速度快慢的,I大了响应速度慢,反之则快;D是静态误差的,一般D设置都比较小,而且对系统影响比较小。对于温度控制系统P在5-10%之间;I在180-240s之间;D在30以下。对于压力控制系统P在30-60%之间;I在30-90s之间;D在30以下。
这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法,它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法,并在现场中得到了广泛的应用。
这种方法的基本程序是先根据运行经验,确定一组调节器参数,并将系统投入闭环运行,然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值),观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意,则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验,直到满意为止。
经验法简单,但需要有一定现场运行经验,整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时,有多个整定参数,反复试凑的次数增多,不易得到整定参数。
下面以PID调节器为例,具体说明经验法的整定步骤:
A. 让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行,由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化,观察控制过程,直到获得满意的控制过程为止。
B. 取比例系数S1为当前的值乘以0.83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动信号作阶跃变化,直至求得满意的控制过程。
C. 积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善,如有改善则继续调整,直到满意为止。否则,将原比例系数S1增大一些,再调整积分系数S0,力求改善控制过程。如此反复试凑,直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。
D. 引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD,此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0。和前述步骤相同,微分时间的整定也需反复调整,直到控制过程满意为止。
PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如:大烘房的温度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小惯量如:一个小电机带一台水泵进行压力闭环控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。
PID控制说明:
在工程实际中,应用为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能掌握,或得不到的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术为方便。即当我们不了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制 :比例控制是一种简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
积分(I)控制 :在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了稳态误差,在控制器中引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制 :在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
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