西门子6ES7214-1AD23-0XB8参数规格

西门子6ES7214-1AD23-0XB8参数规格

要用好pid调节，搞清楚pid的计算公式和pid参数的意义是很有必要的。下面是pid的公式：

式中误差信号e(t) = sp(t) –pv(t)，m(t)是pid控制器的输出值，kc是控制器的增益（比例系数），ti和td分别是积分时间和微分时间，minitial是m(t)的初始值，实际上是积分的初始值。

pid公式的前3项分别与误差、误差的积分和误差的导数成正比。

微分、积分是高等数学的概念，建议没有学过高等数学的网友至少要搞清楚微分和积分的几何意义，这对深入理解pid参数的意义有很大的帮助。

积分对应于下图中误差曲线e(t)与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。pid程序是周期性执行的，执行pid程序的时间间隔为ts（即pid控制的采样周期）。我们只能使用连续的误差曲线上间隔时间为ts的一些离散的点的值来计算积分，不可能计算出准确的积分值，只能对积分作近似计算。

一般用下图中的矩形面积之和来近似jingque积分。当ts较小时，积分的误差不大。

在误差曲线e(t)上作一条切线（见下图），该切线与x轴正方向的夹角α的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。pid控制器输出表达式中的导数用下式来近似：

de(t)/ dt ≈ δe(t)/δt = [e(n) -e(n-1)]/ts，式中e(n)是第n次采样时的误差值，e(n-1)是第n-1次采样时的误差值。

pid调节是目前应用广泛调节控制规律，p比例、i积分、d微分控制，简称pid控制。

比例控制是一种简单的控制方式。比例作用大，可以加快调节，减少误差，过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

积分调节可以使系统消除稳态误差。系统如果在进入稳态后存在稳态误差，就必须引入“积分项”。比例+积分(pi)控制可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分作用能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。可以改善系统的动态性能。。对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（pd）控制能改善系统在调节过程中的动态特性。

这是摘录的一个pid参数调整的口诀，以供大家学习参考：

参数整定找佳，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。

这个顺口溜流传甚广，我觉得可操作性很低（也可能是我的悟性不够），我有很多疑问：

“从小到大顺序查“，查什么？

一定要”先是比例后积分“吗？直接用pi不好吗？

“曲线振荡很频繁”，是指振荡频率高还是振荡次数多？

什么是”比例度盘“？

”曲线漂浮绕大湾“什么意思？是指超调量大吗？还是上升缓慢？

”曲线波动周期长“的周期是震荡周期吗？还是过度过程时间长？

振荡频率和微分关系大吗？微分的主要作用是什么？

“理想曲线两个波”，一个波是180度还是360度？两个波是理想曲线，下图的pv曲线理不理想？

我用过s7-200和s7-200smart的pid调节控制面板和pid参数自整定功能，被控制对象采用我编写的子程序来模拟。被控对象的参数如下：增益为3.0，两个惯性环节的时间常数为5s和2s。

下面是自整定之前的曲线，超调量太大：

下面是整定过程的曲线：

下面是整定得到的参数的曲线：

下面是另一组整定前的参数的曲线，过程变量pv曲线上升太慢：

整定前两组pid参数相差很远，两次整定后得到pid参数差不多，使用整定得到的pid参数的曲线形状也差不多。

我觉得西门子的pid参数自整定是很好用的。

要用好pid调节，搞清楚pid的计算公式和pid参数的意义是很有必要的。下面是pid的公式：

pid公式的前3项分别与误差、误差的积分和误差的导数成正比。

一般用下图中的矩形面积之和来近似jingque积分。当ts较小时，积分的误差不大。

1.模糊控制的关键点在于大量的实践数据，做成黑匣子，看似神秘，实际都是经验参数！

2.模糊控制得到的数据是基于控制设备性能不变的情况下，是较为准确的。一旦使用时间长了，性能有所下降，这些经验参数往往就会有很大的偏颇了。

3.是同样型号的不同设备，其所处于的工艺环境，工艺流程，工艺特性的不同，其性能也会有差别，不能做到模糊控制中同一数据的重复性使用。

4.模糊控制的理念是很好的，起码是超前控制，但就目前而言，其实用性，动态性还是不如传统的pid。

5.传统pid是滞后控制，在目前的大多数工艺环境下，还是可以满足控制的需求的。

6.基于传统pid的特点，也延展了不同的控制方式，如串级调节，三冲量调节，分程调节，步进式等等。#p#分页标题#e#

7.个人觉得：随着，网络，计算机的飞速发展，传统pid的滞后也会改善的更好，其动态调节特性是模糊控制所不能比拟的。

搞清楚pid参数的物理意义，和pid参数与闭环系统性能指标的关系，对于指导我们调节pid至关重要。

pid的控制原理可以用人对炉温的手动控制来理解。看看比例部分的作用。

搞清楚pid参数的物理意义，和pid参数与闭环系统性能指标的关系，对于指导我们调节pid至关重要。看看比例部分的作用。

pid的控制原理可以用人对炉温的手动控制来理解。操作人员用眼睛读取数字仪表检测到的炉温的测量值，并与炉温的设定值比较，得到温度的误差值。用手操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在设定值附近。

操作人员知道使炉温稳定在设定值时电位器的位置（我们将它称为位置l），并根据当时的温度误差值调整电位器的转角。炉温小于设定值时，在位置l的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流；炉温大于设定值时，在位置l的基础上反时针减小电位器的转角，以减小加热的电流。令调节后的电位器转角与位置l的差值与误差成正比，误差值越大，调节的角度越大。上述控制策略就是比例控制。

闭环中存在着各种各样的延迟作用。调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的延迟。由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。

如果增益太小，调节的力度不够，使温度的变化缓慢，调节时间过长。如果增益过大，调节力度太强，造成调节过头，可能使温度忽高忽低，来回震荡。

如果闭环系统没有积分作用，单纯的比例控制有稳态误差，稳态误差与增益成反比。增益越大，稳态误差越小，会使超调量增大，振荡次数增加，甚至会使闭环系统不稳定。单纯的比例控制很难兼顾动态性能和静态性能。

利用语句表、梯形图和功能块图表进行操作员监控属性组态

按照下述过程，您可以使功能块参数能适用于操作员监控，并将所需要的o、c和m属性分配给用户程序中的相关实例db或者共享数据块。

您必须已经创建了一个step 7项目、一个s7程序和一个功能块。

基本步骤给功能块参数分配系统属性

当您使用语句表、梯形图和功能块图表来组态操作员监控属性时，必须将"s7_m_c"系统属性分配给功能块中您希望监控的所有参数。可如下操作：

打开功能块(fb)。

在变量声明表中选择准备进行监控的参数。

使用鼠标右键，选择菜单命令对象属性。在"参数属性"对话框的"系统属性"栏中，输入"s7_m_c"字符串，在空白行的"数值"栏中输入"true"。

如需要，请输入参数的其它系统属性。可在在线帮助中找到完整的系统属性列表。

单击"确定"退出对话框。

对希望进行监控的所有参数重复本步骤。

给数据块分配wincc属性

要给功能块的背景数据块或共享数据块分配wincc属性，可进行如下操作：

在simatic管理器或lad/stl/fbd编辑器中，创建一个或者多个和已有的功能块相关联的背景数据块或共享数据块。

在simatic管理器中选择一个数据块。

选择菜单命令"编辑 >; 特殊对象属性 >; 操作员监控"。

在"操作员监控"对话框中，激活"操作员监控"复选框。

选择"常规"选项卡。

此处显示数据块的名称，显示格式如同wincc中所示名称(s7程序名称_dbno.或s7程序名称_db符号名)。

如必要，请在"注释"框中输入数据块的附加信息。

现在，选择"wincc属性"选项卡，编辑各数据块的wincc属性。

在所示表中，为所有需要操作员监控的功能块参数输入所需的属性值。

单击"确认"按钮，关闭对话框。

对每个数据块，重复步骤2至步骤8。

通过符号表组态操作员监控属性

概述

不管使用哪种编程语言，您都可以采用下述步骤来组态以下变量：

位存储器

i/o信号

要求

开始组态之前，必须具备下列条件：

您已经在simatic管理器中创建了一个项目。

该项目中必须有一个带符号表的s7程序。

必须打开符号表。

基本步骤使用cfc改变操作员监控属性

概述

使用cfc时，您可以从库里选择已经具有操作员监控属性的块，将它们放到图中并连接，从而创建自己的用户程序。

要求

您已经在step 7项目中插入了一个s7程序，创建了cfc图表，并将块放到该图中。

基本步骤

修改cfc块参数的wincc属性

要改变cfc块参数预置的wincc属性时，可如下操作：

选择块。

选择菜单命令编辑 >; 对象属性，编辑cfc块的属性。

单击"操作员监控"按钮。

如必要，可更改"操作员监控"对话框中所示表中已有的属性值。

请参见wincc属性含义的在线帮助。

单击"确认"按钮，关闭对话框。

将组态数据传送给操作员界面可编程控制器

引言

使用as-os engineering传送程序，将所生成的操作员监控组态数据传送到wincc数据库。

要求

启动传送之前，必须满足下列要求：

您已经安装了as -os engineering程序。

您已经生成了操作员监控组态数据。

基本步骤

要将操作员监控组态数据传送到wincc数据库，可如下操作：插入操作员站对象

您必须在simatic管理器中为每个操作员监控系统创建一个操作员站对象。可如下操作：

打开step 7项目。

选择菜单命令"插入 >; wincc对象 >; 操作员站"。

传送数据

"编译操作员站"向导对将组态数据传送到wincc提供支持。按如下进行操作：

将创建了组态数据的s7程序分配给您要用来监控的操作员站。您可以将多个s7程序分配给一个操作员站，也可以将一个s7程序分配给多个操作员站。这让您可以从不同的操作员站监控特定过程。

选择s7程序，单击鼠标右键，选择菜单命令选择网络连接。选择运行时用在可编程控制器和操作员站之间进行通信的网络。

选择要传送的s7程序以及接收所传送数据的操作员站。

选择所需的传送属性(传送数据和传送范围)。

单击"编译"按钮。现在，数据传送启动。

显示传送记录

在传送期间，将会创建一个记录，其记录的信息包括：已存在的as-os链接、传送过程中出现的错误、变量名，等等。要显示传送记录，请：

选择菜单命令选项 >; "编译多个os" >; 显示记录。

localdata顾名思义为本地数据，在西门子控制器中有一部分内存空间被设置为l区间，它被用于控制器在运行程序时存储临时数据。由于编写fb/fc程序的需要和ob中调用功能块结构的不同，不同的ob由于调用不同的fb/fc，所需的localdata的大小各不相同（被调用的fb/fc将占用当前调用他的ob块的localdata资源）。在控制器硬件组态中的cpu属性设置中，memory选项卡用于设置localdata的分配。如果相应ob块实际运行所需的local data大于硬件组态中所设置的localdata大小，那么相应的程序将无法运行，cpu将报告intf错误，甚至更为严重的情况下cpu可能会停止运行。但如果盲目将localdata的分配设置过大，将会浪费一部分宝贵的cpu内存空间。

s7 300cpu中的local data不可修改，每个优先级固定设置为256 bytes，s7 400的localdata则可以人为修改。由此可以看出正确设置s7400 cpu的local data的大小非常重要。在控制器硬件组态中cpu属性?memory选项卡的local data区域用于设置基于优先级的local data（如下图所示）：

pic1: local data的分配

在pcs7组态的项目中，在编译cfc程序后，系统将会自动计算各ob块所需的local data大小，可以通过交叉索引（chartreference data ? local data，如下图所示）查询到。

pic2: chart reference data®local data

而普通的由用户采用step7编程方式编写的程序，程序功能块及ob块各自的调用结构由用户自行控制，需要在编写完整个程序之后自行计算。

在手动计算local data时，需要获取如下信息：

1. 各ob块、fb块、fc块各自独立运行时所需的local data大小

可以通过如下方式查询到：在block文件夹中选择相应功能块，右键 属性? general -part2中即可查看到，如下图所示：

pic3: 功能块所需的local data

注：嵌套调用时，上一级功能块将不会计算其嵌套调用的fb/fc所需的localdata大小；在上图中将不会累加嵌套功能块所需的local data大小；

2. 整个程序的调用结构（call structure）

由于功能块不会计算其嵌套调用的功能块所需到local data大小，为了后计算整个ob所需到localdata，必须了解整个程序的调用结构。打开任何一个功能块，点击左侧的call structure即可查询到，如下图所示；

pic4: 程序调用结构

3. 当前程序下所使用的所有ob的优先级

由于cpu属性设置中的localdata分配基于优先级进行设置，需要查看所有当前程序使用的ob块的中断优先级，打开硬件组态中cpu属性查看，如下图所示；

pic5: 查看ob的优先级

获得所有上述信息后，即可计算当前程序所需的local data大小。假设当前项目下使用的功能块及ob块上述相关信息如下表所示：

ob的调用关系如上图pic4所示。根据调用结构计算，单独运行各ob块时所需的local data如下：

ob1： ob1 + max(sum(fb1,fc1), fc1) ＝26＋max(sum(100,400),400)＝526

ob35： ob35 + sum(fb1,fc1) ＝26＋sum(100,400)＝526

ob121： ob121＝20

ob122： ob122＝20

终cpu属性中local data的设置如下：

优先级 1 所需local data大小至少为526 ＋ 20 ＋ 20 ＝ 566 bytes；

优先级12所需的local data大小至少为526 ＋ 20 ＋ 20 ＝ 566 bytes；

注：为什么上述优先级1和12中需要加入两个20呢，因为程序运行的任何位置都有可能会执行ob121、ob122，需要加上ob121和ob122所需的本地数据。pcs7中（pic2所示）进行各优先级所需localdata大小计算时已经自动加入了这部分的大小。

具体的计算法则可以归纳为一下几点：

1. 从内往外，从低往高；

即：基于程序的调用结构，从低层、内层逐步往上、往外计算；

2. 同级取大，内外求和；

即：程序调用结构中，同层fb/fc中所需的local data取各所需local data中的大值；某一优先级所需的localdata大小取所有相同优先级ob所需的local data的大值；上下调用层级各自所需local data需求和；

3. 结果叠加ob121（编程错误）、ob122（i/o读取错误）；

即：终计算出的某优先级所需的local data大小需要叠加上ob121、ob122所需的local data；

如果项目中cpu设置的local data小于程序所需local data大小时会有如下后果：

1. pcs7中，如果项目硬件组态设置的cpu的local data大小小于程序所需的localdata大小的情况下，pcs7项目在编译时将提示如下相应警告信息：

/******************************************************************************************

w: local data requirements for the priority class 1:

the local data requirements (890 bytes, including ob121 and ob122)of organization block ob1 exceed the configured local data stack ofthe corresponding priority class on the connected offline cpu.

如果实际运行的cpu中的local data设置小于正在下载的程序所需的localdata大小将提示如下错误信息，下载程序将终止：

download to cpu simatic h station(1)\cpu_417-4h_r0\s7 program(1) on1/12/2009 10:26:16 pm (entire program)

e: local data requirements (890 byte, inclusive ob121 and ob122)for organization block ob1 is larger than the local data stackconfigured in the connected online cpu for the correspondingpriority class 1.

2. step7编写的程序则不会校验local data分配的情况，如果实际运行的cpu中的localdata设置小于正在下载的程序所需的localdata大小，则在下载程序后运行该优先级下的程序时，cpu将报告intf错误，该优先级的程序将无法执行，并将触发ob88（processinterrupt ob）错误中断。在cpu的诊断缓冲区中将生成类似如下的诊断信息：

event 1 of 160: event id 16# 3576

error when allocating local data

caused by ob: cyclic interrupt ob (ob 35), priority class: 12

ob number: 35

module address: 72

requested ob: processing abort ob (ob88)

priority class: 28

internal error, incoming event

04:04:28.026 pm 01/14/1994

如果程序中没有插入ob88，则cpu将停止运行；

在冗余cpu的情况下，在主cpu运行，启动从cpu时将调用优先级为28的ob72。如果在优先级为28的中断中出现localdata不足的情况，则主从cpu都将停止运行。cpu的诊断缓冲区将生成类似如下的诊断信息：

event 2 of 374: event id 16# 4570

stop due to processing error (ob not loaded or not possible, or nofrb)

breakpoint in user program: cpu redundancy error ob (ob72)

priority class: 28

ob number: 72

module address: 6

previous operating mode: run (redundant mode)

requested operating mode: stop (internal)

event occurred in the standby cpu in rack 1

internal error, incoming event

04:08:33.523 pm 01/14/1994

注：任何优先级为28的ob中出现localdata不足的情况都将导致该ob无法执行，cpu诊断缓冲区中将报告该ob无法执行或未装载的错误。如果未装载该ob会导致cpu停止运行，则即便程序中已经加载了这些ob，但由于该ob出现localdata不足而导致无法执行，cpu仍旧会停止运行。