IPEmotion控制模块-PID循环应用

IPEmotion专业版、开发版支持控制模块，而该模块支持函数发生器、PID控制器、路由器、序列控制和序列控制块以及参考曲线生成器。本文主要针对PID（P：Proportional control 比例控制；I：Integral control 积分控制；D：Derivative control 微分控制）控制器的应用做出介绍。IPEmotion支持真正的PID控制器功能，更新速率上限为1kHz。

模拟PID回路功能，可用作一个为IPEmotion PID控制器专门开发的过程模拟器。过程模拟器是一个小盒子，代表过程并提供来自过程的模拟输出信号，它还具有模拟输入以从PID控制器中接收控制值。在实际过程中的控制值如：正在移动执行器以改变一个值的位置进而改变流入油箱的流量或控制电机的节流位置。

下图概述了软件、带IO模块的模拟测量系统和过程以及它们之间的相互关系。通常需要模拟输入测量和模拟输出信号来控制过程。

（图1 IPEmotion软件-PID控制关系图）

PID控制器的目标是将过程（烘箱温度、发动机转速、油箱填充水平等）保持在给定的设定值。为此，PID控制器会对过程的干扰做出反应，例如，当负载增加时，或当温度下降时，或当增加电动机的节气门位置时，加热烘箱以提高温度。PID控制器需要来自过程（过程变量）的模拟输入信号和模拟输出通道，以便将PID的控制值（CO）反馈给过程。在本例中，利用Dataforth DAQ20 IO模块为设置示例，模拟演示PID控制器的控制过程。

（图2 Dataforth模块名称）

（图3 在IPEmotion软件中配置Dataforth模块）

| 采集界面-添加PID控制器

控制器创建后，在左侧树形列表控制模块中PID控制器下列出。

（图4 IPEmotion软件-PID控制设置界面）

每个PID控制器由4个通道组成，包括三个调谐变量通道以及一个状态通道。其中，状态通道指示PID控制器是否工作。

（图5 PID控制界面通道配置）

PID运行设置选项卡：

（图6 PID触发设置选项卡）

（图7 PID触发模式解释）

若未定义触发条件，则PID控制器在开始测量时直接开始运行。当PID控制器运行时，状态通道从0更新为1，其中，状态1表示PID控制器正在正常运行。

| PID输入/输出设置选项卡

输入/输出设置是使控制器正常工作的重要设置。

（图8 PID输入输出选型卡配置界面）

（图9 PID控制-通道含义解释）

| PID控制参数设置（调谐变量）

参数设置即定义放大系数（Kr）、前置时间（Tv）和后续时间（Tn）等调谐变量。调谐因子作为单独的通道，若在采集过程中需要更新参数，则可通过手动输入、滑块或函数生成器来完成。

（图10 PID调谐变量控制面板）

（图11 调谐变量定义）

在欧标和美标间，调谐因子有不同的术语表达：

（图12 欧标美标调谐因子差异）

| 示例-水箱内温度控制

详见视频演示：