原文作者：AB PLC工作室 ?公眾號(hào)：abseMe 在此特別鳴謝！

前言：在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，提到PID控制，幾乎無(wú)人不知無(wú)人不曉，可見其重要性。在實(shí)際項(xiàng)目中，很多工藝要求恒溫、恒流、恒壓等，這時(shí)，PID控制就是工程師們的首選，因?yàn)樗砗?jiǎn)單、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、容易實(shí)現(xiàn)。針對(duì)羅克韋爾AB LOGIX5000控制器，其編程軟件自帶PID指令，大家為了學(xué)習(xí)該指令或項(xiàng)目前期驗(yàn)證其嚴(yán)密性，特意搭建一套符合PID控制流程的硬件環(huán)境，顯然不太現(xiàn)實(shí)，畢竟成本太高。那么，今天，工作室就分享一套全新的仿真方法，無(wú)限接近實(shí)際項(xiàng)目，輕松模擬PID調(diào)節(jié)控制。

01軟件環(huán)境

操作系統(tǒng)

Windows 10 專業(yè)版 64位

3D仿真軟件

Factory IO V2.5.0

編程軟件

Studio 5000 V33.01.00中文版

仿真軟件

FactoryTalk Logix Echo V2.01.00

02PID術(shù)語(yǔ)

關(guān)于PID的原理和算法，本文不做詳細(xì)的介紹，因?yàn)檫@些資料都是公開的，并且現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)如此發(fā)達(dá)，隨便網(wǎng)上一搜，就非常多，其中不乏實(shí)用詳盡的技術(shù)文章，下圖為PID控制原理圖.

比例-積分-微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，即根據(jù)給定值和實(shí)際過(guò)程反饋值構(gòu)成控制偏差，對(duì)這個(gè)誤差分別進(jìn)行比例、積分、微分處理后疊加輸出，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。下面，就Studio 5000編程時(shí)，需要用到的PID術(shù)語(yǔ)概況性的介紹一下.

P：Proportional，比例，PID控制必須項(xiàng)，主要調(diào)節(jié)手段，比例控制器的輸出u(t)與輸入偏差e(t)成正比，能迅速反映偏差，從而減小偏差，但不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.

I：Integral，積分，PID控制可選項(xiàng)，主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至出現(xiàn)振蕩.

D：Derivative，微分，PID控制可選項(xiàng)，作用能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，有助于系統(tǒng)減小超調(diào)，克服振蕩，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但微分時(shí)間系數(shù)過(guò)大，會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定.

SP：Set Point， 設(shè)定值，即根據(jù)工藝需求設(shè)定的目標(biāo)值.

PV：Process Value，過(guò)程值，通過(guò)監(jiān)測(cè)元件，比如流量計(jì)、液位計(jì)等對(duì)過(guò)程對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值.

CV：Control Value，控制值，經(jīng)PID整定后的輸出值，直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，比如變頻器、調(diào)節(jié)閥等.

e：Error，偏差，等于SP-PV，過(guò)程值與目標(biāo)值存在的誤差.

DB：Dead Band，死區(qū)，PID控制可選項(xiàng)，當(dāng)過(guò)程值幾乎接近目標(biāo)值時(shí)，PID仍會(huì)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，時(shí)間久了，容易損壞，當(dāng)引入了死區(qū)，在上限范圍內(nèi)，PID控制值保持當(dāng)前值輸出.

03Factory IO

在2021年，工作室就寫過(guò)一篇《Studio 5000聯(lián)合Factory IO進(jìn)行3D工廠仿真》，當(dāng)時(shí)AB仿真軟件FactoryTalk Logix Echo還未發(fā)布，通信方式采用的是RSLinx OPC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這篇文章比較詳細(xì)的介紹Factory IO使用，所以，本文就不再重復(fù)講述相同內(nèi)容，直接進(jìn)入主題。

打開Factory IO軟件，找到場(chǎng)景《Level Control》，該場(chǎng)景提供的功能就是用來(lái)仿真PID控制，并且是系統(tǒng)預(yù)置好了的，直接使用。為了操作的便利性，本文案例將操作箱刪除了，并將傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等改為中文名稱，方便識(shí)別，詳見下圖.

本案例采用的是AB最新仿真FactoryTalk Logix Echo，所以通信驅(qū)動(dòng)選擇Allen-Bradley Logix5000，和實(shí)際的Logix5000控制器一樣，設(shè)置好IP地址，機(jī)架槽號(hào)，輸入/輸出點(diǎn)位.

將傳感器、執(zhí)行器和對(duì)應(yīng)的Studio 5000標(biāo)簽關(guān)聯(lián)起來(lái)，并連接通信驅(qū)動(dòng).

關(guān)聯(lián)好輸入/輸出點(diǎn)位后，將系統(tǒng)生成的變量導(dǎo)出，該文件的后綴名為.csv，使用EXCEL打開，并將復(fù)制到Studio 5000導(dǎo)出的標(biāo)簽表中，然后導(dǎo)入，即可完Factory IO變量的創(chuàng)建.

打開Studio 5000，創(chuàng)建PID程序，更多詳細(xì)操作請(qǐng)看后面的視頻講解.

本文案例基于FactoryTalk Logix Echo仿真，關(guān)于它的介紹和詳細(xì)使用，工作室發(fā)布過(guò)兩篇文章，分別是《新1代仿真軟件Echo 1.0》《FT Echo 2.0使用方法》，需要了解的朋友，可以點(diǎn)擊閱讀.

結(jié)語(yǔ) ：綜上所述，本文通過(guò)圖文、視頻、實(shí)操等方式詳細(xì)地介紹3D數(shù)字虛擬軟件Factory IO聯(lián)合FactoryTalk Logix Echo和Studio 5000實(shí)現(xiàn)恒液位PID控制的仿真，無(wú)論是從視覺(jué)效果，還是邏輯動(dòng)作，都非常直觀，通過(guò)這種3D動(dòng)態(tài)仿真，可以讓學(xué)習(xí)者從枯燥的代碼編寫過(guò)程獲取到成功的喜悅。

審核編輯：湯梓紅