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為了達到 PID 自動/手動控制的無擾動切換，需要在編程時注意一些相關事項。下面分別就直接使用 PID 指令編程，和使用 PID 向導編程兩種情況作一介紹。

1.直接使用 PID 指令編程時的 PID 自動/手動無擾切換

直接使用 PID 指令塊編寫 PID 控制程序時，可以簡單地使用“調用/不調用”指令的方式控制自動/手動模式。因為 PID 指令本身已經具有實現無擾動切換的能力，此時在 PID 指令控制環節之外編程沒有多大必要。

PID 指令的 EN 輸入端使能（為“1”）時，我們認為是自動控制模式；EN 輸入端未使能（為“0”）時，我們認為是手動控制模式。

PID 指令本身有一個“能流歷史狀態位”，以記錄指令的狀態切換。在 EN 端從“0”變為”“1”時，PID 指令認為這是從“手動”模式向“自動”模式切換。PID 指令此時會自動執行一系列動作，以配合無擾動切換：

• 使設定值（ SPn） = 當前過程反饋變量（PVn）
• 設置上次采樣過程變量（PVn-1） = 當前過程反饋變量（PVn）
• 設置積分偏差和（或所謂積分前項）（Mx） = 當前輸出值（Mn）

使設定值等于當前反饋值可以避免出現偏差，使之不存在調整的要求；當然如果有工藝要求，也可以后續調整設定值。其他的動作都是為了使 PID 在后續的操作中不改變輸出的值。

在編程時要注意：

• 從自動模式向手動模式切換時，PID 指令的 EN 端不再有能流，計算停止，輸出值 Mn 不再變化。此時如果需要操作人員人工觀察控制的結果，手動控制輸出量，就可以通過用戶程序直接改變回路表中的輸出值存儲單元內容（見數據塊或系統手冊的相關部分內容）。如果有必要，操作人員的操作可能要進行一些標準化換算。
• 為保證從手動模式向自動模式的切換無擾動，需要在手動控制時，或在切換過程中，禁止對 PID 回路表中設定值的更新，以便切換時 PID 指令用當前過程反饋值替代設定值。切換完成后，操作人員可以調整設定值。

2.使用 PID 向導編程時的 PID 自動/手動無擾切換

使用 PID 指令向導編程時，指令向導會自動調用 PID 指令，并且編寫外圍的控制變量標準化換算、定時采樣等功能。用戶在使用 PID 指令向導時，需要在用戶程序中用 SM0.0 調用指令向導生成的子程序（如 PIDx_INIT 子程序）。PID 向導可以生成帶自動/手動切換功能的子程序，這個子程序使用一個數字量點為“1”、“0”的狀態來控制是否投入 PID 自動控制。

到目前為止（STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5），使用 PID 向導生成的子程序時，由于用戶程序不能直接使用 PID 指令，它的無擾切換能力因為隔了外殼子程序，所以受到了局限。如果對無擾切換要求比較嚴格，需要另外編一些程序加以處理。

考察如下 PID 控制子程序。

圖 4.1.1. PID 向導生成的指令

圖中：

1. 過程反饋量
2. 設定值，實數
3. 自動/手動控制，“1”=自動，“0”=手動
4. 手動控制輸出值，0.0 - 1.0 之間的一個實數
5. PID 控制輸出值

要實現無擾動切換，必須：

• 在從自動向手動切換時，使手動輸出值（VD2004）等于當前的實際控制輸出值；
• 在從手動向自動切換使，使設定值相當于當前的過程反饋值。

為此，可編寫類似下圖所示的程序，放在 PID 控制子程序之前：

4.1.2. 無擾切換處理程序

圖中：

1. 自動/手動切換控制點
2. 從自動向手動切換時，使手動輸出值等于實際當前值
3. 從手動向自動切換時，把當前反饋量換算為相應的給定值

上述程序中的 Scale_I_to_R 就是量程變換指令庫中的子程序。這是為了解決過程反饋與設定值之間的換算問題。用戶也可以自己編程換算，或者根據反饋與給定的取值范圍決定是否需要換算。

此段程序適用于 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 及以前版本，僅供參考，如果在實際項目中使用，上述程序未必一定適用。用戶需要根據實際工藝決定自己的編程思路。

4.2. PID調節步驟簡介

建議PID參數調節步驟：

（1）前提條件：反饋信號是否穩定，執行機構是否正常以及控制器的正反作用。（確保PID在自動模式下）

（2）積分時間設置為無窮大INF（或9999.9），此時積分作用近似為0；將微分時間設置為0.0，此時微分作用為0 。然后開始調節比例作用，逐步增大比例增益

（3）當過程變量達到給定值且在給定值上下波動，將調好的比例系數調整到50%~80%后，由大到小減小積分時間，直到過程值與設定值相等或無限接近

PID調節有很多種方法，以上僅是建議步驟，也并未考慮微分作用，客戶依據實際情況靈活調節，同時可以參考反饋與給定的曲線圖

用戶經常會遇到這樣的問題：嘗試了很多組PID參數，都無法滿足控制器的要求， 此時需要考慮PID的采樣時間是否適合當前系統。采樣時間就是對反饋進行采樣的間隔。短于采樣時間間隔的信號變化是不能測量到的。采樣時間過短，兩次實測值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運算負擔；采樣間隔過長，將會引起有用信號的丟失，使系統品質變差，不能滿足擾動變化比較快、或者速度響應要求高的場合。除此以外，也有可能是系統自身的問題，無法調節到穩定，例如， 不規律的干擾，或者反饋信號不穩定。

4.3. 手動調節PID至穩定問題與解決方法：

1. PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區間內調節變化。

產生原因：增益（Gain）值太高
PID掃描時間（sample time）太長（對于快速響應PID的回路）

解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時間

2. 過程變量超過設定值很多（超調很大）

產生原因：積分時間（Integral time)可能太高。

解決方法：降低積分時間 3. 得到一個非常不穩定的PID。

• 如果用了微分，可能是微分參數有問題
• 沒有微分，可能是增益（Gain）值太高

解決方法：

• 調整微分參數到0－1的范圍內
• 根據回路調節特性將增益值降低，低可從0.x 開始逐漸增大往上調，直到獲得穩定的PID。

如何獲取一組合適的參數，實現快速并穩定的PID控制？

PID調節過程中，用戶通常需要做多次的參數調節才能獲得的控制效果。從下面反饋（過程變量）與給定之間的曲線圖中，可以看到黃色曲線較理想。用戶可以將調節的PID反饋與給定曲線與下圖中對比，并修改相關參數（但是因為現場情況不一樣，用戶還需具體問題具體對待，下圖中的建議僅供參考：

圖 4.3.4 反饋與給定曲線

1.超調過大，減小比例，增大積分時間

2.迅速變化，存在小超調

3.實際值緩慢接近設定值，并且無超調的達到設定值

4.增益系數太小和/或微分時間太長

5.益系數太小和/或積分時間太長

.編程使用的工具是TIA博途軟件，使用以太網網線直接連接計算機網卡與CPU1500就可以下載程序。

軟件：SIMATIC STEP 7 Professional V12

10.后簡單介紹一個S7-1500的選型配置。

假設需要選一個S7-1500本地站，包含24VDC DI 40點，24VDC DQ 28點，0～10V電壓模擬量輸入3個點，4～20mA電流輸入3個點，4～20mA電流輸出5個點。

5.接下來我們先插入一個CPU1516-3PN/DP：請依次點擊“控制器”、“SIMATIC S7-1500”、“CPU”、“CPU 1516-3PN/DP”左側的小箭頭展開項目樹，然后選擇PLC訂貨號“6ES7 516-3AN00-0BA0”，后點擊“確認”按鈕插入：

6.成功插入PLC后，STEP 7 Professional V12 軟件會自動跳轉到設備視圖。接下來我們要做的是在主機架上依次插入一個16通道的數字量輸出擴展模塊和一個數字量輸入擴展模塊。首先，添加DQ模塊：在“設備視圖”右側的產品目錄中，依次點擊“DQ”、“DQ 16*24VDC/0.5A ST”左側的小箭頭展開項目樹，然后用鼠標點中訂貨號“6ES7 522-1BH00-0AB0”，按住鼠標左鍵不放，將DQ模塊拖拽到2號槽位上，松開鼠標：

7.現在我們再插入一個DI模塊：在“設備視圖”右側的產品目錄中，依次點擊“DI”、“DI 16*24VDC HF”左側的小箭頭展開項目樹，然后用鼠標點中訂貨號“6ES7 521-1BH00-0AB0”，按住鼠標左鍵不放，將DI模塊拖拽到3號槽位上，松開鼠標：

8.設備組態至此已經完成，在項目視圖下方的“設備概覽”中，我們可以查看到系統默認分配的數字量輸出地址是QB0~QB1，數字量輸入的地址是IB0~IB1：

9.編寫變量表：為了提高程序的可讀性，我們需要對I/Q地址起一些符號名。

----1.雙擊項目樹中的“顯示所有變量”

1.用戶程序運行在CPU模塊中，CPU模塊內沒有程序裝載存儲器，程序存儲在的存儲卡中里，概念同S7-300。存儲卡需要單獨訂貨。CPU目前有三種型號：

CPU 1511-1 PN

CPU 1513-2 PN

CPU 1516-3 PN/DP

三個CPU型號從上至下性能由低到高排列，區別于指令執行速度，各種地址空間尺寸，內存大小，集成通訊口種類個數等等方面，具體請參考對應的CPU手冊。

2.對于PLC系統，用戶程序處理的是輸入/輸出(I/O)信號直接的邏輯關系。那么往往系統需配置I/O模塊，S7-1500的CPU模塊自身沒有集成I/O，I/O信號輸入通過拓展I/O模塊進行輸入輸出。常見I/O信號有，

數字量輸入(DI)：也就是開關量(還有稱作離散量)信號輸入

數字量輸出(DQ)：開關量信號輸出

模擬量輸入(AI)：連續量輸入，如電壓-10V ～ +10V, 4 ～ 20mA等

模擬量輸出(AQ)：連續量輸出

還有脈沖輸入(PI)， 脈沖輸出(PQ)等

3.S7-1500的數字量輸入模塊

DI 32x24VDC HF

DI 16x24VDC HF

DI 16x230VAC BA

DI 16x24VDC SRC BA

型號簡介：

DI： Digital input，數字量輸入

32x24VDC：共32個輸入通道 (點) ，電壓規格為直流24V

16x230VDC：共16個輸入通道 (點) ，電壓規格為交流230V

BA：Basic，基本型

HF：High feature, 高性能型

SRC： Source Input， 源型輸入 ，未標識為漏型。

4.S7-1500的數字量輸出模塊

DQ 16x24VDC/0.5A ST

DQ 32x24VDC/0.5A ST

DQ 8x24VDC/2A HF

DQ 8x230VAC/2A ST

DQ 8x230VAD/5A ST

DQ： Digital Ouput, 數量輸出

16x24VDC：共16個輸出通道，輸出電壓為DC24V, 容量每個通道大0.5A。

HF：High Feature, 高性能型，通常意味著模塊帶診斷功能。相對應的是ST(Standard，標準)型，無診斷功能。