在现代工业控制领域，比例积分微分（PID）控制器是最广泛应用的控制技术之一。它通过比例、积分、微分三个控制参数，实现对系统的精确调节，以达到期望的控制效果。随着自动化技术的发展，PID控制器被应用于各种工业过程，如温度、压力、流量和液位的控制。本文将详细介绍联诚科技的LicOS PLC/PAC产品中如何应用PID控制技术，并提供具体的操作步骤和案例分析。
联诚科技是国内领先的自动化控制解决方案提供商，其LicOS PLC/PAC产品系列在工业自动化领域具有广泛应用。结合LicOS的强大功能和Smart Control编程调试软件，用户可以轻松实现复杂的PID控制。
一、什么是PID控制？
PID控制器通过以下三个基本控制动作来调节系统：
比例控制（P）：
比例控制器根据系统的当前误差（设定值与实际值之间的差异）来调节输出。比例增益（KP）决定了控制器对误差的响应强度。然而，过高的比例增益可能导致系统振荡，甚至失去稳定性。
积分控制（I）：
积分控制是将一段时间内的误差相加。即使是一个很小的误差，也会让积分反馈缓慢增加。积分反馈会根据积分时间（TN）持续增加，除非误差为0。因此，积分反馈的目的在于将稳定状态的误差保持在0。稳定状态误差是过程变量和设定值之间的差值。
微分控制（D）：
微分控制器根据误差变化的速度进行调节，提供对快速变化的响应。微分时间（TV）决定了微分控制的敏感度。尽管微分控制可以增强系统的稳定性，但对噪声敏感，可能引入不稳定性。
图 PID控制器
使用场景
PID控制器广泛应用于各种领域，包括工业自动化、环境监测、医疗设备、农业、科研和航天、应急救援等。
二、如何在LicOS PLC/PAC中使用PID控制？
准备工作
添加Util库文件：
在LicOS的Smart Control软件中，PID功能块隶属于Util工具库。因此，在开始使用PID控制功能之前，需要先在库管理器中添加Util库。
步骤：双击库管理器 -> 添加库 -> 显示高级库 -> 搜索“Util” -> 确定。
图 添加库
图 搜索Util库
图 Util库添加完成
LicOS_PLC中调用Util库的 PID控制器功能块。PID控制器功能库包含：PD (FB)、PID (FB)、PID_FIXCYCLE (FB)
图 LicOS Util PID控制器功能库
功能：PD (FB)为比例微分作用控制器，PID (FB)为比例积分微分作用控制器，但其循环时间会和PLC任务循环时间相关，PID _FIXCYCLE(FB)功能块功能和PID(FB)功能块相似，区别是其控制器循环时间为固定，按设定的CYCLE时间参数执行。
PID_FIXCYCLE (FB)功能块如图所示：
图 PID_FIXCYCLE功能块
PID_FIXCYCLE (FB)功能块引脚定义如图所示。
图 PID_FIXCYCLE功能块引脚定义
ACTUAL: 当前输入值，显示过程模拟量当前输入值。
SET_POINT：目标设定值，被控制模拟量需要达到的目标值。
KP：比例增益系数。
TN：积分时间，以秒为单位。
TV：微分时间，以秒为单位。
Y_MANUAL：控制器手动时输出值，当控制器手动输出激活时，Y输出等于Y_MANUAL值。
Y_OFFSET：输出值附加偏移量。
Y_MIN：PID控制输出值最小限值。
Y_MAX：PID控制输出值最大限值。
MANUAL：控制器手动控制触发位。
RESET：PID控制器复位触发位，触发时仅输出Y_OFFSET值，积分项累计复位清零。
CYCLE：控制器循环时间设定值，以秒为单位。
Y：PID控制器调节输出值。
LIMITS_ACTIVE：当Y_MIN或Y_MAX触发输出时，LIMITS_ACTIVE触发TRUE。
OVERFLOW：积分累计过饱和溢出时触发OVERFLOW为TRUE。
例如用温度PID控制举例说明，首先对当前值ACTUAL映射好模拟量输入，热电偶温度传感器输入值，然后设定好目标加热目标温度SET_POINT，再将比例系数KP，积分时间TN，微分时间TV根据工程调试经验设定调整到合适值，MANUAL为False，Y_OFFSET设为0，Y_MIN设0 Y_MAX设100。循环时间CYCLE设0.01S。这时当PID控制器稳定后会输出加热器加热幅度自动调整以稳定温度到设定的目标值。
温度控制实验平台现场图片，如图展示。
图 PID温控实测
LicOS联诚产品配置情况，如图所示。
图 LicOS联诚产品配置
需要注意的是PID功能块的测试执行最好单独用一个Task任务，周期时间建议25ms以上。如图所示。
图 例程任务配置
1.定义相关变量，如图所示。
图 例程变量定义
2.PID功能块调用，如图所示。
图 PID功能块调用
3.在线测试，本例程测试的PLC的LAN1 IP地址为192.168.20.80，程序测试如图。
图 例程在线PID调试成功
本案例模拟量PID温控曲线示意，如图所示。
图 PID温控图形曲线
可见设定的加热温度为38摄氏度，PID控制器功能执行后实测温度在37.9摄氏度，误差约0.1摄氏度，并随着时间延长，温度误差逐步降到0。
在实际调试中，可以先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。
流量系统：P(%)40--100，I(S)6--60
压力系统：P(%)30--70， I(S)24--180
液位系统：P(%)20--80， I(S)60--300
温度系统：P(%)20--60， I(S)180--600，D(S)30--180
经典的经验试凑口诀:
参数整定找最佳， 从小到大顺序查。
先是比例后积分， 最后再把微分加。
曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大。
曲线漂浮绕大弯， 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， 前高后低四比一。
一看二调多分析， 调节质量不会低。
PID调节各参数曲线变化如图所示。
图 PID调节参数变化曲线
J.G.Ziegler和N.B.Nichoks在1942年提出两种整定PID参数的方法：
衰减比法：
目标是使系统的振荡衰减比达到4:1，即在一个周期内振荡幅度减小到原值的1/4。
稳定边界法：
增加比例增益，直到系统进入临界振荡状态，测量此时的临界增益（Ku）和临界周期（Pu），然后根据Z-N整定法表格调整PID参数。
通过本文的介绍，相信您已经掌握了如何在联诚科技的LicOS PLC/PAC产品中应用PID控制技术。LicOS产品提供了强大的功能和灵活的配置选项，使得复杂的控制任务变得简单和高效。无论是在工业、环境监测、医疗还是农业领域，LicOS都能够提供稳定和可靠的控制解决方案。
在全球竞争日益激烈的工业自动化市场中，联诚科技始终致力于技术创新和卓越品质。我们不仅提供高性能的自动化控制产品，更以客户为中心，提供全方位的技术支持和服务。联诚科技的LicOS PLC/PAC系列产品，通过先进的控制技术和易用的软件平台，帮助客户提升生产效率，优化控制过程，实现智能化和数字化转型。
如同PID控制器以精确和稳定著称，联诚科技也将在科技创新的道路上不断前行，我们坚信，通过我们的努力和创新，必将为客户和社会带来更大的价值和更广阔的未来。
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