西门子电抗器6SL3000-2BE26-0AA0

pid控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定pid控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。pid控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：

1. 理论计算整定法

它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

2. 工程整定方法

它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。pid控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行*后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 pid控制器参数的整定步骤如下：

(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；

(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；

(3)在一定的控制度下通过公式计算得到pid控制器的参数。

pid调试一般原则

a.在输出不振荡时，增大比例增益p。

b.在输出不振荡时，减小积分时间常数ti。

c.在输出不振荡时，增大微分时间常数td。

pid调试一般步骤

a. 确定比例增益p

确定比例增益p 时，首先去掉pid的积分项和微分项，一般是令ti=0、td=0（具体见pid的参数设定说明），使pid为纯比例调节。输入设定为系统允许的*大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益p，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益p逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益p，设定pid的比例增益p为当前值的60%~70%。比例增益p调试完成。

b. 确定积分时间常数ti

比例增益p确定后，设定一个较大的积分时间常数ti的初值，然后逐渐减小ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大ti，直至系统振荡消失。记录此时的ti，设定pid的积分时间常数ti为当前值的150%~180%。积分时间常数ti调试完成。

c. 确定积分时间常数td

积分时间常数td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 p和ti的方法相同，取不振荡时的30%。

d. 系统空载、带载联调，再对pid参数进行微调，直至满足要求。

变速积分的基本思想是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢；反之则越快，有利于提高系统品质

plc通信包括PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制技术的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。本章具体介绍LabVIEW与永宏PLC通信的设计过程。

11.1.1 通信硬件连接

图11-1即为永宏PLC的硬件图，其中的硬件通信板可以选择，图11-2所示为选择的RS485与RS232的通信接口。

1．FBS-CB22通信板（Communication Board简称CB）

2．FBS-CB22通信板对应的盖板（每一种通信板都有其对应的盖板）

图11-1 永宏FBS系列PLC硬件

图11-2 FBS-CB22 RS232和RS485接口通信板

11.1.2 PLC串口通信原理

PLC各型主机均内建2个通信接口的标准配置，即一个RS232和一个RS485通信接口，其RS232接口主要用于上下载程序或用来与上位机、触摸屏通信，而RS485接口主要用于组建使用RS485协议的网络，实现通信控制。

1．RS232接口

RS232-C接口连接器一般使用型号为DB-9的9芯插头座，只需3条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”即可传输数据，其9个引脚的定义如图11-3所示。

图11-3 RS232-C接口连接器定义

在RS232的规范中，电压值在+3V~+15V（一般使用+6V）称为“0”或“ON”。电压在-3V~-15V（一般使用-6V）称为“1”或“OFF”；计算机上的RS232“高电位”约为9V，而“低电位”则约为-9V。

RS232为全双工工作模式，其信号的电压是参考地线而得到的，可以同时进行数据的传送和接收。在实际应用中采用RS232接口，信号的传输距离可以达到15m。不过RS232只具有单站功能，即一对一通信。

2．RS485接口

RS485采用正负两根信号线作为传输线路。两线间的电压差为+2V~6V表示逻辑“1”：两线间的电压差为-2V~6V表示逻辑“0”。

RS485为半双工工作模式，其信号由正负两条线路信号准位相减而得，是差分输入方式，抗共模干扰能力强，即抗噪声干扰性好；实际应用中其传输距离可达1200米。RS485具有多站能力，即一对多的主从通信。

在串行通信中，数据通常是在两个站之间传送，按照数据在通信线路上的传送方向可分为3种基本的传送方式：单工、半双工和全双工，如图11-4所示。

图11-4 单工、半双工和全双工通信

单工通信使用一根导线，信号的传送方和接收方有明确的方向性。也就是说，通信只在一个方向上进行。

若使用同一根传输线既作为接收线路又作为发送线路，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式称为半双工。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收发开关分时转接到通信线上，进行方向的切换。

当数据的发送和接收，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传输。全双工方式无须进行方向的切换。

串行通信可分为两种类型，一种是同步通信，另一种是异步通信。采用同步通信时，将所有字符组成一个组，这样，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，填上空字符，因为同步传输不允许有空隙。采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以，每个字符的前后都要用一些数据位来作为分隔位。比较起来，在传输率相同时，同步通信方式下的信息有效率要比异步方式高，因为同步方式的非数据信息比例比较小。但是，从另一方面看，同步方式要求进行信息传输的双方必须用同一个时钟进行协调，正是这个时钟确定了同步串行传输过程中每一个信息位的位置。这样一来，如果采用同步方式，那么，在传输数据的同时，还必须传输时钟信号。而在异步方式下，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率不必完全一样，而只要比较相近，即不超过一定的允许范围就行了。在数据传输中，较为广泛采用的是异步通信，异步通信的标准数据格式如图11-5所示。

图11-5 异步通信数据格式

从图11-5所列格式可以看出，异步通信的特点是一个字符一个字符地传输，并且每个字符的传送总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一次有一个起始位，紧接着是5~8个的数据位，再后为校验位，可以是奇检验，也可以是偶校验，也可不设置，*后是1比特，或1比特半，或2比特的停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平，这样就保证起始位开始处一定有一个下降沿，以此标识开始传送数据。

11.1.3 永宏PLC通信协议

永宏通信协议可以简单通过串口来实现，上位机的具体参数如图11-6所示。

永宏PLC除了拥有自己的永宏标准通信协议以外，还支持Modbus通信协议（Porto除外），具体的通信步骤如下：

通信界面Port0(RS232或USB)通信速率4.8 kbps ~ 921.6 kbps(9.6 kbps) Port1~Port4(RS232、RS485或Ethernet)通信速率4.8 kbps ~ 921.6 kbps(9.6 kbps)Port1~4可提供永宏或Modbus RTU Master/Slave通信协议*大联机站数254

图11-6 永宏PLC通信参数

（1）设定外围设备的参数。

— 控制方式（如启动、停止）：通信控制。

— 频率给定方式：通信设置。

— 设置通信参数：波特率、数据位、校验方式、停止位、RTU或者ASCII方式。

— 站号。

（2）PLC同该设备的RS485接线。

（3）改变设备的控制地址。找到所需要的控制地址，然后变成永宏Modbus地址。

（4）设定PLC通信接口的通信参数和通信方式，PLC和该设备上配置的参数要一致。

（5）在PLC内写M-BUS指令，并填写所需要的相应的通信表格。

（6）程序写好后，接通电源，进行调试。

11.1.4 程序结构

本例程序采用循序结构控制，程序流程框图如图11-7所示，主要由打开串口、设置串口、向串口写命令、读返回值、关闭串口4部分组成。

图11-7 程序流程

程序中对串口的操作使用的是VISA。

VISA是虚拟仪器软件结构体系（Virtual Instrument Software Architecture）的简称。VISA是在所有LabVIEW工作平台上控制VXI、GPIB、RS232以及其他种类仪器的单接口程序库，是组成VXI Plug & Play系统联盟的35家*大的仪器仪表公司所统一采用的标准。采用VISA标准后，就可以不考虑时间及仪器I/O选择项，驱动软件可以相互兼容。VISA的功能模块包含在LabVIEW Instrument I/O的VISA子模板中。

VISA驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的软件连接层，用以实现对仪器的控制。VISA对于测试软件开发者来说是一个可调用的操作函数集，它本身不提供仪器编程能力，只是一个高层API（应用程序接口），通过调用低层的驱动程序来控制仪器。NI-VISA的层次如图11-8所示。

VISA的内部结构是一个先进的、面向对象的结构，这一结构使得VISA和在它之前的I/O控制软件相比，在接口无关性、可扩展性和功能上都有很大提高。VISA主要由Config模块、Write模块、Read模块、Close模块组成，下面对这些模块做详细介绍。

VISA Config模块对VISA资源信息如波特率、通信端口名称、数据校验、数据位等进行配置，并通过VISA resource Name端口将打开的VISA资源名称传递给下一个节点。

VISA Write模块把write buffer中的字符串写入VISA session指定的设备中。dup VISA session向下传送相同的session值。在UNIX工作平台上，数据同步写入；在其他工作平台上，数据异步写入。return count返回实际传送的字节数。error in和error out字符串用于说明出错状况。

VISA Read模块读取由VISA session指定设备中的数据。byte count指明读入read buffer中的字节数，当收到的字节数小于read buffer中所指定的字节数时，VISA read 将会一直等待，直到收到的字节数等于read buffer中所指定的字节数。VISA session向下传送相同的session值。同样，在UNIX工作平台上，数据同步读入；其他平台上的数据异步读入。

VISA Close模块关闭由VISA session指定设备的通信过程，释放系统资源。

VISA仪器控制流程见图11-9。图11-10为串口读写程序示意图。