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一、PID控制
S7-200 能够进行 PID 控制。S7-200 CPU 较多可以支持 8 个 PID 控制回路（8 个 PID
指令功能块）。
PID 是闭环控制系统的比例－积分－微分控制算法。
PID 控制器根据设定值（给定）与被控对象的实际值（反馈）的差值，按照 PID 算法
计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。
PID 控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使被控对象
的实际值（反馈）跟随给定变化。
根据具体项目的控制要求，在实际应用中有可能用到其中的一部分，比如常用的是 PI
（比例－积分）控制，这时没有微分控制部分。
PID 算法在 S7-200 中的实现
PID 控制较初在模拟量控制系统中实现，随着离散控制理论的发展，PID 也在计算机化
控制系统中实现。
为便于实现，S7-200 中的 PID 控制采用了迭代算法。详细的计算方法请参考《S7-200
系统手册》中 PID 指令部分的相关内容。
计算机化的 PID 控制算法有几个关键的参数 Kc（Gain，增益），Ti（积分时间常
数），Td（微分时间常数），Ts（采样时间）。
在 S7-200 中 PID 功能是通过 PID 指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行
PID 功能块，按照 PID 运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，
计算出控制量。
PID 功能块通过一个 PID 回路表交换数据，这个表是在 V 数据存储区中的开辟，长度为 36 字节。因此每个 PID 功能块在调用时需要*两个要素：PID 控制回路号，以及
控制回路表的起始地址（以 VB 表示）。
由于 PID 可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此有一
种通用的数据表示方法才能被 PID 功能块识别。S7-200 中的 PID 功能使用占调节范围
的百分比的方法抽象地表示被控对象的数值大小。在实际工程中，这个调节范围往往
被认为与被控对象（反馈）的测量范围（量程）一致。
PID 功能块只接受 0.0 - 1.0 之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控
制输出的有效数值，如果是直接使用 PID 功能块编程，必须保证数据在这个范围之
内，否则会出错。其他如增益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数。
因此，必须把外围实际的物理量与 PID 功能块需要的（或者输出的）数据之间进行转
换。这就是所谓输入/输出的转换与标准化处理。《S7-200 系统手册》上有详细的介
绍。
S7-200 的编程软件 Micro/WIN 提供了 PID 指令向导，以方便地完成这些转换/
标准化处理。除此之外，PID 指令也同时会被自动调用。
二、调试 PID 控制器
PID 控制的效果就是看反馈（也就是控制对象）是否跟随设定值（给定），是否响应
快速、稳定，是否能够抑制闭环中的各种扰动而回复稳定。
要衡量 PID 参数是否合适，必须能够连续观察反馈对于给定变化的响应曲线；而实际
上 PID 的参数也是通过观察反馈波形而调试的。因此，没有能够观察反馈的连续变化
波形曲线的有效手段，就谈不上调试 PID 参数。
观察反馈量的连续波形，可以使用带慢扫描记忆功能的示波器（如数字示波器），波
形记录仪，或者在 PC 机上做的趋势曲线监控画面等。
新版编程软件 STEP 7 - Micro/WIN V4.0 内置了一个 PID 调试控制面板工具，具有
图形化的给定、反馈、调节器输出波形显示，可以用于手动调试 PID 参数。对于没有
“自整定 PID”功能的老版 CPU，也能实现 PID 手动调节。
PID 参数的取值，以及它们之间的配合，对 PID 控制是否稳定具有重要的意义。这些
主要参数是：
• 采样时间：
计算机必须按照一定的时间间隔对反馈进行采样，才能进行 PID 控制的计算。采样时
间就是对反馈进行采样的间隔。短于采样时间间隔的信号变化是不能测量到的。过短
的采样时间没有必要，过长的采样间隔显然不能满足扰动变化比较快、或者速度响应
要求高的场合。
编程时*的 PID 控制器采样时间必须与实际的采样时间一致。S7-200 中 PID 的采
样时间精度用定时中断来保证。
• 增益（Gain，放大系数，比例常数）
增益与偏差（给定与反馈的差值）的乘积作为控制器输出中的比例部分。过大的增益
会造成反馈的振荡。
• 积分时间（Integral Time）
偏差值恒定时，积分时间决定了控制器输出的变化速率。积分时间越短，偏差得到的
修正越快。过短的积分时间有可能造成不稳定。
积分时间的长度相当于在阶跃给定下，增益为“1”的时候，输出的变化量与偏差值相
等所需要的时间，也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时间。
如果将积分时间设为较大值，则相当于没有积分作用。
• 微分时间（Derivative Time）
偏差值发生改变时，微分作用将增加一个尖峰到输出中，随着时间流逝减小。微分时间越长，输出的变化越大。微分使控制对扰动的敏感度增加，也就是偏差的变化率越
大，微分控制作用越强。微分相当于对反馈变化趋势的预测性调整。
如果将微分时间设置为 0 就不起作用，控制器将作为 PI 调节器工作。
常问问题
1、对于某个具体的 PID 控制项目，是否可能事先得知比较合适的参数？有没有相关的经验数据？
虽然有理论上计算 PID 参数的方法，但由于闭环调节的影响因素很多而不能全部在数学上精确地描述，计算出的数值往往没有什么实际意义。因此，除了实际调试获得参数外，没有什么可用的经验参数值存在。甚至对于两套看似一样的系统，都可能通过实际调试得到完全不同的参数值。
2、PID 控制不稳定怎么办？如何调试 PID？
闭环系统的调试，首先应当做开环测试。所谓开环，就是在 PID 调节器不投入工作的
时候，观察：
• 反馈通道的信号是否稳定
• 输出通道是否动作正常
可以试着给出一些比较保守的 PID 参数，比如放大倍数（增益）不要太大，可以小于1，积分时间不要太短，以免引起振荡。在这个基础上，可以直接投入运行观察反馈的波形变化。给出一个阶跃给定，观察系统的响应是较好的方法。
如果反馈达到给定值之后，历经多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应该考虑是否增益过大、积分时间过短；如果反馈迟迟不能跟随给定，上升速度很慢，应该考虑是否增益过小、积分时间过长……
总之，PID 参数的调试是一个综合的、互相影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非常重要的步骤，也是必须的。
S7-200 的新一代产品提供了自整定的 PID 细调功能。
3、没有采用积分控制时，为何反馈达不到给定？
这是必然的。因为积分控制的作用在于消除纯比例调节系统固有的“静差”。没有积分控制的比例控制系统中，没有偏差就没有输出量，没有输出就不能维持反馈值与给定值相等。所以永远不能做到没有偏差。
4、如何实现 PID 反作用调节？
参见 PID 向导中的常问问题。
5、S7-200 控制变频器，在变频器也有 PID 控制功能时，应当使用谁的 PID 功能？
可以根据具体情况使用。一般来说，如果需要控制的变量直接与变频器直接有关，比如变频水泵控制水压等，可以**考虑使用变频器的 PID 功能。
6、《S7-200 系统手册》上的附录 H.14“用 S7-200 实现 PID 控制”的例子，是否可以直接使用？
《S7-200 系统手册》中的附录 H 在英文原版中并不存在。
H.14 的 PID 例子是在**代产品还不支持 PID 运算指令时的产物。现在用户可以使用PID 指令块，或者 PID Wizard（PID 向导）编辑 PID 控制程序。
三、PID Wizard - PID 向导
Micro/WIN 提供了 PID Wizard（PID 指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的 PID 算法。此向导可以完成绝大多数 PID 运算的自动编程，用户只需在主程序中调用 PID 向导生成的子程序，就可以完成 PID 控制任务。
PID 向导既可以生成模拟量输出 PID 控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对 PID 编程，以避免不必要的错误。如果用户不能确定中文编程界面的语义，我们建议用户使用英文版本的Micro/WIN，以免对向导中相关概念发生误解。
建议用户使用较新的编程软件版本。在新版本中的 PID 向导获得了改善。
四、PID 向导编程步骤
在 Micro/WIN 中的命令菜单中选择 Tools > Instruction Wizard，然后在指令向导窗口中选择 PID 指令
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