PCS7 PIDTuner使用說明

1、PCS7 PID-Tuner使用說明目錄描述：3要求：3注意：4步驟：51,為控制器優(yōu)化做準(zhǔn)備52,啟動(dòng)PCS 7的PID整定器53,設(shè)置曲線記錄參數(shù)64,啟動(dòng)控制器優(yōu)化75,優(yōu)化過程操作8Step1.選擇過程特性 (是否存在積分環(huán)節(jié)) ：8Step2.選擇操作模式（手動(dòng)/自動(dòng)），輸入實(shí)現(xiàn)階躍仿真的起始點(diǎn) ：8Step3.設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)：9Step4.數(shù)據(jù)收集：10Step5.復(fù)位：10Step6.控制器設(shè)計(jì)：11Step7.選擇控制器的類型和參數(shù)：12Step8.使用優(yōu)化參數(shù)仿真：14Step9.應(yīng)用參數(shù)：16描述：從PCS 7 V5.1開始，可以使用調(diào)試工具“PCS 7 PID Tuner”來

2、優(yōu)化控制器。這個(gè)工具可以通過測量方式識(shí)別控制對(duì)象參數(shù)并給出優(yōu)化參數(shù)的設(shè)置建議。如果用戶需要，可以立刻使用這些參數(shù)。 從PCS7 V7.1開始，可以優(yōu)化“PCS 7 Library”和“PCS 7 Advanced Process Library”中的控制器，以及有類似功能的控制器。同樣也可以調(diào)整步進(jìn)控制器的馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)間。 要求： 1，PCS 7的PID整定器軟件安裝在工程師站上。在正常PCS 7的工程師站安裝中就可以安裝此工具。 2，安裝相應(yīng)授權(quán)。從PCS 7 V7.1開始，不再需要額外的PCS 7 PID整定器授權(quán)。（免費(fèi)） 3，CFC已經(jīng)編譯并下載到PLC中。 4，ES和PLC之間有在線連

3、接。 5，對(duì)于控制回路需要了解以下幾方面： 5.1控制對(duì)象的過程特性(是否存在積分環(huán)節(jié)) 5.2控制回路狀態(tài)（手動(dòng)或者自動(dòng)） 5.3控制器的階躍工作點(diǎn) 5.4控制器類型（比例積分微分,比例積分或者比例控制器）說明：1，以下以連續(xù)型的比例積分控制器為例解釋如何使用PCS 7的PID整定器。 2，更多信息可以參考對(duì)應(yīng)的readme文件和PCS 7的PID 整定器的在線幫助文件。在文檔“PID Control with Gain Scheduling and PID Tuning”（條目號(hào)38755162）中，給出了一個(gè)實(shí)際操作例子。 注意： 1，請(qǐng)注意優(yōu)化過程會(huì)干擾實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行。如果影響了實(shí)際過程

4、運(yùn)行，在相應(yīng)優(yōu)化步驟中會(huì)有提示。用戶需要知道可能出現(xiàn)的后果。 2，在優(yōu)化工作之前，對(duì)操作工做合適的人員安排。 3，優(yōu)化過程中，密切關(guān)注過程曲線記錄。步驟：1,為控制器優(yōu)化做準(zhǔn)備優(yōu)化之前，控制器需要切換到“優(yōu)化”模式?？梢栽贑FC中或者在上位機(jī)OS面板上設(shè)置。在CFC中將“OPTI_EN”管腳設(shè)為“Enable”，這個(gè)管腳默認(rèn)隱藏。如果在OS面板上，在“Parameter”視圖中勾選“Enable Optimiz”選項(xiàng)。 圖 01: 為控制器優(yōu)化做準(zhǔn)備2,啟動(dòng)PCS 7的PID整定器選擇控制器功能塊，在CFC中通過菜單“Edit > Optimize PID Controller.”啟動(dòng)此

5、工具：圖 02: 啟動(dòng)PID整定器3,設(shè)置曲線記錄參數(shù)為了方便調(diào)試，PID-Tuner 中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示曲線還可以調(diào)整坐標(biāo)、顯示時(shí)間段等參數(shù)的設(shè)置。首先點(diǎn)擊按鈕“Stop”停止曲線動(dòng)態(tài)顯示，此時(shí)“Settings”按鈕可操作：圖 03: 參數(shù)化曲線記錄4,啟動(dòng)控制器優(yōu)化點(diǎn)擊"Start Controller Optimization" 按鈕。 圖 04: PID 整定器5,優(yōu)化過程操作Step1.選擇過程特性 (是否存在積分環(huán)節(jié)) ：對(duì)于沒有積分特性的回路，每一個(gè)給定控制輸出下，過程值都會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)固定值上，例如一個(gè)簡單的流量控制，在沒有外界干擾時(shí)，一個(gè)控制流量的閥門開度對(duì)

6、應(yīng)一個(gè)固定的流量值，改變閥門開度，流量變化到對(duì)應(yīng)的值。與此相對(duì)應(yīng)地，如果回路存在積分特性，那么在控制器給出一個(gè)輸出值時(shí)，過程值要么保持為一個(gè)穩(wěn)定值，要么不斷增加或者減少。例如一個(gè)反應(yīng)罐的液位，進(jìn)料是一個(gè)恒定值，出口閥門的一個(gè)開度，可能會(huì)讓罐的液位保持穩(wěn)定，也可能讓液位不斷升高或者降低。Step2.選擇操作模式（手動(dòng)/自動(dòng)），輸入實(shí)現(xiàn)階躍仿真的起始點(diǎn) ：對(duì)于沒有“積分”特性的回路，自動(dòng)模式和手動(dòng)模式均可用，而具有“積分”特性的回路只有自動(dòng)模式可以選擇。自動(dòng)模式中優(yōu)化過程在閉環(huán)控制回路下進(jìn)行，而手動(dòng)模式則完全在開環(huán)控制回路下工作，這類似于PID控制中的自動(dòng)/手動(dòng)控制模式。自動(dòng)模式下需要設(shè)置優(yōu)化開始

7、的設(shè)定值，手動(dòng)模式下需要給出優(yōu)化開始時(shí)的操控輸出量。點(diǎn)擊“Next”按鈕，操作模式和相應(yīng)的設(shè)定值/輸出值會(huì)作用到PID控制器中：完成開始點(diǎn)參數(shù)設(shè)置之后，PID Tuner會(huì)提示設(shè)置目標(biāo)點(diǎn)。Step3.設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)：注意：完成設(shè)置之后，不可立即點(diǎn)擊“Next”按鈕！此時(shí)需要等待系統(tǒng)是否已經(jīng)穩(wěn)定在開始點(diǎn)，如果采用的是自動(dòng)模式，過程值穩(wěn)定在設(shè)定值上；如果采用的是手動(dòng)模式，過程值穩(wěn)定在一個(gè)固定的值上。系統(tǒng)穩(wěn)定之后，點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)收集階段。Step4.數(shù)據(jù)收集：在這個(gè)階段中，回路從第2步設(shè)置好的開始點(diǎn)向第3步設(shè)置的目標(biāo)值變化，PID Tuner不斷收集這個(gè)過程中的測量值以備后續(xù)的對(duì)象模型識(shí)

8、別和參數(shù)計(jì)算：PID Tuner在獲取足夠的數(shù)據(jù)之后，“Cancel Measured Value Acquisition”按鈕會(huì)被使能，可以通過點(diǎn)擊這個(gè)按鈕提前地結(jié)束數(shù)據(jù)收集過程。但為了保證優(yōu)化的效果，只要回路不是明顯呈現(xiàn)出發(fā)散而無法穩(wěn)定，最好讓軟件在完成所有的工作之后自動(dòng)停止數(shù)據(jù)收集。Step5.復(fù)位：在完成之后，PID Tuner會(huì)詢問是否需要復(fù)位：選擇“Reset”，之前被優(yōu)化過程修改的參數(shù)，例如手自動(dòng)模式、設(shè)定值等，會(huì)恢復(fù)到優(yōu)化之前的“開始點(diǎn)”的狀態(tài)；如果選擇的是“No reset”，則保持控制器參數(shù)不變點(diǎn)擊“Next”，進(jìn)入控制器特性指定。Step6.控制器設(shè)計(jì)：在這一步中，控制器

9、特性可以有兩種選擇：Optimal interference response和Optimal control response。前者可以快速地補(bǔ)償和調(diào)節(jié)干擾，但回路可能會(huì)有高達(dá)10%的超調(diào)量；后者的超調(diào)量相比而言則只有在控制器的采樣時(shí)間和過程對(duì)象的穩(wěn)定時(shí)間接近時(shí)才有輕微的超調(diào)。需要注意的是，這里選擇的控制器特性和實(shí)際的應(yīng)用場合要相互吻合，對(duì)于干擾信號(hào)較頻繁的對(duì)象，快速抑制干擾才是需要主要考慮的因素。Step7.選擇控制器的類型和參數(shù)： 確定控制器特性之后，點(diǎn)擊“Next”按鈕，PID Tuner會(huì)給出一個(gè)參數(shù)列表和曲線圖（a）（b）圖(a)中顯示了在給出一個(gè)控制輸出跳變的情況下，實(shí)際過程值的

10、響應(yīng)和模型的響應(yīng)，這兩條曲線的吻合度也表征了優(yōu)化過程中計(jì)算得到的模型和實(shí)際過程對(duì)象的匹配程度。在圖(b)中詳細(xì)列出了計(jì)算識(shí)別出的過程對(duì)象的參數(shù)，其中包括對(duì)象增益、時(shí)間常數(shù)、遲滯時(shí)間和模型匹配度等。辨識(shí)的回路模型有VZ2和PTn兩種：VZ2是一個(gè)二階模型，主要參數(shù)包括阻尼因子damping、增益Gain和時(shí)間常數(shù)（Time constant）；PTn模型中包括指數(shù)order、增益和時(shí)間常數(shù)參數(shù)。模型匹配度指的是模型和實(shí)際采樣得到的曲線數(shù)據(jù)之間的吻合程度。Time lag是對(duì)象的遲滯特性時(shí)間。在上圖中，PID Tuner給出了P、PI和PID三種情況下的建議控制器參數(shù)。PID Tuner還提供了保

11、存參數(shù)功能，在圖(b)中的有兩個(gè)按鈕“Read Parameters”和“Save Parameters”，通過點(diǎn)擊這兩個(gè)按鈕，可以將當(dāng)前的過程模型參數(shù)和推薦的優(yōu)化參數(shù)保存到“.csv”文件中，或者從“.csv”文件中讀取到PID Tuner中。選擇好需要的控制類型之后，點(diǎn)擊“Next”。Step8.使用優(yōu)化參數(shù)仿真：在選擇了控制器參數(shù)之后，可以給定一個(gè)設(shè)定值跳變幅度在模型上來測試這些選定的參數(shù)，點(diǎn)擊“Simulate”按鈕：優(yōu)化的參數(shù)如果不能達(dá)到理想的控制曲線，可以修改圖18中的PID參數(shù)并重新仿真。如此多次重復(fù)，直到從曲線中反映出來的各項(xiàng)控制參數(shù)滿足控制要求即可，點(diǎn)擊“Next”。Step9.應(yīng)用參數(shù)：如上圖所示，PID Tuner將當(dāng)前使用的參數(shù)和優(yōu)化出來的參數(shù)都列出來，并提示用戶選擇是繼續(xù)使用當(dāng)前參數(shù)還是采用新的參數(shù)。如果需要采用優(yōu)化后的參數(shù)，點(diǎn)擊按鈕“New”，反之則點(diǎn)擊“Old”。在某些回路的優(yōu)化過程中，點(diǎn)擊“New”來應(yīng)用新參數(shù)時(shí)會(huì)彈出如下窗口：出現(xiàn)這個(gè)窗口是因?yàn)楫?dāng)前PID功能塊的采樣時(shí)間和實(shí)際對(duì)象特性不匹配，采樣時(shí)間過長。以PIDConL功能塊為例，其采樣時(shí)間sample time參數(shù)是和該功能塊所在的周期中斷組織塊的周期時(shí)間相一致的。是否修改功能塊的調(diào)用周期以滿足實(shí)際對(duì)象，還需要整體考