在現代工業控制領域，比例積分微分（PID）控制器是最廣泛應用的控制技術之一。它通過比例、積分、微分三個控制參數，實現對系統的精確調節，以達到期望的控制效果。隨著自動化技術的發展，PID控制器被應用于各種工業過程，如溫度、壓力、流量和液位的控制。本文將詳細介紹聯誠科技的LicOS PLC/PAC產品中如何應用PID控制技術，并提供具體的操作步驟和案例分析。
聯誠科技是國內領先的自動化控制解決方案提供商，其LicOS PLC/PAC產品系列在工業自動化領域具有廣泛應用。結合LicOS的強大功能和Smart Control編程調試軟件，用戶可以輕松實現復雜的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節系統：
比例控制（P）：
比例控制器根據系統的當前誤差（設定值與實際值之間的差異）來調節輸出。比例增益（KP）決定了控制器對誤差的響應強度。然而，過高的比例增益可能導致系統振蕩，甚至失去穩定性。
積分控制（I）：
積分控制是將一段時間內的誤差相加。即使是一個很小的誤差，也會讓積分反饋緩慢增加。積分反饋會根據積分時間（TN）持續增加，除非誤差為0。因此，積分反饋的目的在于將穩定狀態的誤差保持在0。穩定狀態誤差是過程變量和設定值之間的差值。
微分控制（D）：
微分控制器根據誤差變化的速度進行調節，提供對快速變化的響應。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系統的穩定性，但對噪聲敏感，可能引入不穩定性。
圖 PID控制器
使用場景
PID控制器廣泛應用于各種領域，包括工業自動化、環境監測、醫療設備、農業、科研和航天、應急救援等。
二、如何在LicOS PLC/PAC中使用PID控制？
準備工作
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
LicOS_PLC中調用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
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，但其循環時間會和PLC任務循環時間相關，PID _FIXCYCLE(FB)功能塊功能和PID(FB)功能塊相似，區別是其控制器循環時間為固定，按設定的CYCLE時間參數執行。
PID_FIXCYCLE (FB)功能塊如圖所示：
圖 PID_FIXCYCLE功能塊
PID_FIXCYCLE (FB)功能塊引腳定義如圖所示。
圖 PID_FIXCYCLE功能塊引腳定義
ACTUAL: 當前輸入值，顯示過程模擬量當前輸入值。
SET_POINT：目標設定值，被控制模擬量需要達到的目標值。
KP：比例增益系數。
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位。
RESET：PID控制器復位觸發位，觸發時僅輸出Y_OFFSET值，積分項累計復位清零。
CYCLE：控制器循環時間設定值，以秒為單位。
Y：PID控制器調節輸出值。
LIMITS_ACTIVE：當Y_MIN或Y_MAX觸發輸出時，LIMITS_ACTIVE觸發TRUE。
OVERFLOW：積分累計過飽和溢出時觸發OVERFLOW為TRUE。
例如用溫度PID控制舉例說明，首先對當前值ACTUAL映射好模擬量輸入，熱電偶溫度傳感器輸入值，然后設定好目標加熱目標溫度SET_POINT，再將比例系數KP，積分時間TN，微分時間TV根據工程調試經驗設定調整到合適值，MANUAL為False，Y_OFFSET設為0，Y_MIN設0 Y_MAX設100。循環時間CYCLE設0.01S。這時當PID控制器穩定后會輸出加熱器加熱幅度自動調整以穩定溫度到設定的目標值。
溫度控制實驗平臺現場圖片，如圖展示。
圖 PID溫控實測
LicOS聯誠產品配置情況，如圖所示。
圖 LicOS聯誠產品配置
需要注意的是PID功能塊的測試執行最好單獨用一個Task任務，周期時間建議25ms以上。如圖所示。
圖 例程任務配置
1.定義相關變量，如圖所示。
圖 例程變量定義
2.PID功能塊調用，如圖所示。
圖 PID功能塊調用
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
可見設定的加熱溫度為38攝氏度，PID控制器功能執行后實測溫度在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。
在實際調試中，可以先大致設定一個經驗值，然后根據調節效果修改。
流量系統：P(%)40--100，I(S)6--60
壓力系統：P(%)30--70， I(S)24--180
液位系統：P(%)20--80， I(S)60--300
溫度系統：P(%)20--60， I(S)180--600，D(S)30--180
經典的經驗試湊口訣:
參數整定找最佳， 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， 微分時間應加長。
理想曲線兩個波， 前高后低四比一。
一看二調多分析， 調節質量不會低。
PID調節各參數曲線變化如圖所示。
圖 PID調節參數變化曲線
J.G.Ziegler和N.B.Nichoks在1942年提出兩種整定PID參數的方法：
衰減比法：
目標是使系統的振蕩衰減比達到4:1，即在一個周期內振蕩幅度減小到原值的1/4。
穩定邊界法：
增加比例增益，直到系統進入臨界振蕩狀態，測量此時的臨界增益（Ku）和臨界周期（Pu），然后根據Z-N整定法表格調整PID參數。
通過本文的介紹，相信您已經掌握了如何在聯誠科技的LicOS PLC/PAC產品中應用PID控制技術。LicOS產品提供了強大的功能和靈活的配置選項，使得復雜的控制任務變得簡單和高效。無論是在工業、環境監測、醫療還是農業領域，LicOS都能夠提供穩定和可靠的控制解決方案。
在全球競爭日益激烈的工業自動化市場中，聯誠科技始終致力于技術創新和卓越品質。我們不僅提供高性能的自動化控制產品，更以客戶為中心，提供全方位的技術支持和服務。聯誠科技的LicOS PLC/PAC系列產品，通過先進的控制技術和易用的軟件平臺，幫助客戶提升生產效率，優化控制過程，實現智能化和數字化轉型。
如同PID控制器以精確和穩定著稱，聯誠科技也將在科技創新的道路上不斷前行，我們堅信，通過我們的努力和創新，必將為客戶和社會帶來更大的價值和更廣闊的未來。
