CPU 现已支持 PID 自整定功能，STEP 7-Micro/WIN SMART 中也添加了 PID 整定控制面板。这两项功能相结合，大大增强了 PID 的功能，并且使这一功能的使用变得更加简便。 可以通过操作员面板中的用户程序或者 PID整定控制面板来启动自整定功能。 PID 自整定器会计算建议（接近佳）的增益值、积分时间（复位）和微分时间（速率）整定值。可以为回路选择快速响应、中速响应、慢速响应或极慢速响应等整定类型。 通过 PID整定控制面板，您可以启动自整定过程、中止自整定过程以及在图表中监视结果。 控制面板会显示所有可能出现的错误情况或警告。您可以应用通过自整定计算出的增益、复位和速率值。 PID 自整定器的目的在于确定一组整定参数，从而可为回路优数值提供合理近似。使用这些推荐的整定值可以使您进行的整定调节，真正优化您的控制过程。 CPU 中使用的自整定算法基于 K. J. Åström 和 T.Hägglund 在 1984 年提出的继电器反馈技术。经过二十年的发展，继电器反馈已被广泛用于工业控制的各个领域。继电器反馈的概念是指在一个稳定的控制过程中产生一个微小但持续的振荡。 过程变量中的振荡周期和振幅变化将终决定控制过程的频率和增益。利用这些终增益和频率值，PID 自整定器会向您推荐增益、复位和速率整定值。 推荐的值取决于您为控制过程选择的回路响应速度。您可以选取快速、中速、慢速或极慢速响应。 快速响应可能产生过调，并符合欠阻尼整定条件，具体取决于控制过程。中速响应可能频临过调，并符合临界阻尼整定条件。 慢速响应不会导致过调，符合强衰减整定条件。极慢速响应不会导致过调，符合强过阻尼整定条件。 除推荐整定值之外，自整定器还能够自动确定滞后值和 PV 峰值偏差。可使用这些参数减少当限制由 PID 自整定器设置的持续振荡的振幅时过程噪声所产生的影响。 PID 自整定器可以为直接作用和反作用P、PI、PD 和 PID 回路确定建议整定值。
控制部分的特征值
根据阶跃响应确定时间响应
受控系统的时间响应可根据输出值 y 发生阶跃变化之后的过程值 x 的时间特性来确定。大多数受控系统为自调节受控系统。
时间响应可由使用变量延迟时间 Tu、恢复时间 Tg 和大值 Xmax来大致确定。这些变量可通过大值的切点和阶跃响应的转折点来确定。在很多情况下，无法记录达到大值的响应特性，因为过程值不能超过特定值。在这种情况下，上升率vmax 用于确定受控系统 (vmax = Δx/Δt)。
受控系统的可控性可根据比率 Tu/Tg 或 Tu × vmax/Xmax 来估算。规则：
过程类型 | Tu / Tg | 受控系统的适控性 |
|---|---|---|
I | < 0.1 | 可以很好地控制 |
II | 0.1 到 0.3 | 仍可控制 |
III | > 0.3 | 难以控制 |
死时间对受控系统可控性的影响
具有死时间和恢复功能的受控系统对输出值跳变的响应如下所述。
Tt | 死时间 |
Tu | 延迟时间 |
Tg | 恢复时间 |
y | 输出值 |
x | 过程值 |
具有死时间的自调节受控系统的可控性由 Tt 与 Tg 的比率确定。Tt 必须小于 Tg。规则：
Tt/Tg ≤ 1
受控系统的响应率
可以根据以下值来判断受控系统：
Tu < 0.5 min、Tg < 5 min = 快速受控系统
Tu > 0.5 min、Tg > 5 min = 慢速受控系统
特定受控系统的参数
物理量 | 受控系统 | 延迟时间 Tu | 恢复时间 Tg | 上升率 vmax |
|---|---|---|---|---|
温度 | 小型电热炉 | 0.5 到 1 min | 5 到 15 min | 一直到 60 K/min。 |
大型电热退火炉 | 1 到 5 min | 10 分钟到 20 分钟 | 一直到 20 K/min。 | |
大型燃气加热退火炉 | 0.2 到 5 min | 3 分钟到 60 分钟 | 1 到 30 K/min | |
蒸馏塔 | 1 到 7 min | 40 到 60 min | 0.1 到 0.5° C/s | |
高压锅 (2.5 m3) | 0.5 分钟到 0.7 分钟 | 未 | ||
高压锅 | 12 分钟到 15 分钟 | 200 分钟到 300 分钟 | ||
蒸气过热器 | 30 s 到 2.5 min | 1 到 4 min | 2°C/s | |
注塑机 | 0.5 分钟到 3 分钟 | 3 分钟到 30 分钟 | 5 到 20 K/min | |
挤压机 | 1 分钟到 6 分钟 | 5 分钟到 60 分钟 | ||
包装机 | 0.5 分钟到 4 分钟 | 3 分钟到 40 分钟 | 2 到 35 K/min | |
暖气 | 10 到 60 min | 1° C/min | ||
流速 | 气体管道 | 0 到 5 s | 0.2 到 10 s | 不相关 |
液体管道 | 无 | |||
压力 | 0.1 s | 不相关 | ||
用煤气或石油作燃料的汽包锅炉 | 150 s | |||
采用撞击粉碎机的汽包锅炉 | 1 到 2 min | 2 到 5 min | ||
容器级别 | 汽包锅炉 | 0.6 到 1 min | 0.1 到 0.3 cm/s | |
速度 | 小型电动机 | |||
大型电动机 | 5 到 40 s | |||
蒸汽轮机 | 50 min–1 | |||
电压 | 小型生成器 | 1 到 5 s | ||
大型生成器 | 5 到 10 s |
西门子PCS7系统套件 6ES76568CE301BF0
硬件故障排除指南 S7-200 SMART 系统手册, 10/2013, A5E03822234-AB 455 问题可能的原因 可能的解决方案 与高能量设备相关的间歇操作 接地不正确 请参见第 3 章中的接线指南。 在控制柜内布线控制面板良好接地以及高压与低压不并行引线是非常重要的。 将 24 VDC 传感器电源的 M 端子接地。 输入滤波器的延时太短增加系统数据块中输入滤波器的延时。 连接到外部设备时，串行通信（RS-485 或 RS-232）会造成损坏。 外部设备上的端口或CPU 上的端口会造成损坏。 如果所有非隔离设备（如 PLC、计算机或其它设备）的电路公共参考电位不相同，通信电缆会提供意外电流通路。意外电流可导致通信错误或对电路造成损坏。 • 请参见第 3 章中的接线指南和第 8 章中的网络指南。 •连接没有公共电位参考点的设备时，请购买网络隔离器或隔离型 RS485 到 RS485 中继器。 有关 S7-200 SMART设备订货号的信息，请参见附录 F。 其它通信问题 (STEP 7-Micro/WIN SMART) 有关网络通信的信息，请参见第 8 章。 错误处理 有关错误代码的信息，请参见附录 C。
