欧姆龙服务商    

一、自制 PID 适用场景

1. CP1H 内置 PID 指令功能固定，无法自定义输出限幅、分阶段积分分离、抗积分饱和、分段参数；

2. 换热站温控、恒压补水、阀门调节需要自定义逻辑；

3. 方便移植到无 PID 指令的小型 PLC，完全可视化每一步运算；

4. 支持手动 / 自动无扰切换、自定义死区、斜坡输出。

二、PID 基础离散公式

标准离散位置型 PID：

\(u(k)=K_p\left[e(k)+\frac{T}{T_i}\sum_{i=0}^k e(i)+\frac{T_d}{T}\left[e(k)-e(k-1)\right]\right]\)拆解三部分：

1. 比例项 P：\(K_p \times e(k)\)

2. 积分项 I：\(K_p \times \frac{T}{T_i} \times \sum e\) （误差累加）

3. 微分项 D：\(K_p \times \frac{T_d}{T} \times [e(k)-e(k-1)]\)

变量定义：

• \(e(k)=SP-PV\)：当前偏差（设定值 - 实际值）

• SP：目标设定值

• PV：现场采集反馈值（温度 / 压力）

• T：PLC 采样周期（固定 100ms）

• \(K_p\)：比例系数

• \(T_i\)：积分时间 (s)

• \(T_d\)：微分时间 (s)

• \(u(k)\)：PID 输出（0~4000，对应 4~20mA 模拟量 AQ100）

三、寄存器规划（CP1H D 区保持寄存器）

表格

继电器标志

• P_100ms：100ms 周期脉冲，固定 PID 采样触发

• W0.00：PID 运算总启动（自动模式）

• W0.01：积分饱和上限标志

• W0.02：积分饱和下限标志

四、关键换算公式（PLC 整数运算，无浮点数）

欧姆龙 CP1H 梯形图仅支持整数，全部放大 100 倍运算避免小数丢失精度：

1. 比例项

\(P = Kp \times e(k) \div 100\)2. 积分系数 \(Ki = Kp \times T \div (Ti \times 100)\)

\(I = Ki \times \sum e\)3. 微分系数 \(Kd = Kp \times Td \div (T \times 100)\)

\(D = Kd \times [e(k)-e(k-1)]\)

五、完整梯形图逻辑分步解析

网络 1：模式切换、采样周期触发

plaintext

LD     D20
AND    P_100ms
OUT    W0.00        // 100ms执行一次PID运算

说明：自动模式下，每 100ms 执行一轮完整 PID 计算，保证采样周期固定。

网络 2：计算当前偏差 e (k)=SP-PV

plaintext

LD     W0.00
MOV    D2,D3        // 保存上一次偏差 e(k)→e(k-1)
SUB    D0,D1,D2     // D2=SP(D0)-PV(D1) 新偏差

网络 3：比例项 P 计算

plaintext

LD     W0.00
MUL    D2,D5,D10    // D10=e(k)*Kp
DIV    D10,#100,D10 // 除以100还原小数 → 比例输出

网络 4：积分累加 ∑e，积分分离 / 抗积分饱和核心

plaintext

LD     W0.00
ADD    D2,D4,D4     // D4 = D4+e(k) 偏差累加

// 积分上限判断，防止正向饱和
LD     D4 > #50000
OUT    W0.01
MOV    #50000,D4

// 积分下限判断，防止负向饱和
LD     D4 < #-50000
OUT    W0.02
MOV    #-50000,D4

抗积分饱和逻辑：累加和限制 ±50000，避免大幅偏差时积分无限累积，超调严重。

网络 5：积分项 I 运算

plaintext

LD     W0.00
// Ki = Kp*T/(Ti*100)
MUL    D5,D8,D100    // Kp*T
MUL    D6,#100,D101  // Ti*100
DIV    D100,D101,D102// Ki系数
MUL    D4,D102,D11   // I=Ki*∑e

网络 6：微分项 D 计算

plaintext

LD     W0.00
SUB    D2,D3,D103    // e(k)-e(k-1) 偏差变化量
// Kd = Kp*Td/(T*100)
MUL    D5,D7,D104
MUL    D8,#100,D105
DIV    D104,D105,D106// Kd系数
MUL    D103,D106,D12 // D项输出

网络 7：P+I+D 求和，原始 PID 输出

plaintext

LD     W0.00
ADD    D10,D11,D13
ADD    D13,D12,D13   // D13 = P+I+D

网络 8：输出上下限幅（适配 4~20mA 模拟量 0~4000）

plaintext

LD     W0.00
// 超过上限4000强制限幅
LD     D13 > D15
MOV    D15,D16
// 低于下限400强制限幅
LD     D13 < D14
MOV    D14,D16
// 区间内直接输出
LD     D14 ≤ D13 ≤ D15
MOV    D13,D16

网络 9：自动 / 手动无扰切换

plaintext

// 自动模式输出PID计算值
LD     D20=#1
MOV    D16,AQ100

// 手动模式输出手动给定值D21
LD     D20=#0
MOV    D21,AQ100

网络 10：上电初始化（清除积分累加，防止开机冲击）

plaintext

LD     P_First_Cycle
MOV    #0,D4    // 清空积分和∑e
MOV    #0,D3    // 清空上一次偏差

六、进阶优化功能（换热站必备扩展逻辑）

1. 积分分离（大幅减小超调，温控核心）

当偏差绝对值大于阈值（例：|e|>10℃），关闭积分，只执行 PD 调节；小偏差再投入积分：

plaintext

LD     ABS(D2) > #10
MOV    #0,D11 // I项清零，积分失效

2. 输出死区，阀门微小抖动抑制

PID 输出变化小于 50 时，不更新模拟量，防止电动阀频繁微小动作磨损：

plaintext

SUB    D16,AQ100,D110
LD     ABS(D110) < #50
MOV    AQ100,D16 // 维持原有输出不变

3. 微分先行（只对 PV 微分，抑制设定值突变冲击）

常规 PID 对 SP 突变会产生巨大微分冲击（如温度设定突然上调 10℃阀门瞬间全开）；微分先行改为仅对实际 PV 做微分，工业换热站首选改良 PID：只需修改微分运算，用本次 PV - 上次 PV 代替偏差差：D103 = D1_当前 PV - D108_上次 PV

4. 分段 PID 参数（冬季 / 夏季两套 Kp、Ti）

利用 PLC 内部时钟判断时段，自动切换 D5/D6/D7 参数，适配昼夜供暖气候补偿。

七、仿真与调试步骤

1. 初始参数推荐（换热站温度控制）D5=200（Kp=2.0），D6=80（Ti=80s），D7=5（Td=5s），D8=100ms

2. 离线仿真：手动修改 D0 设定、D1 反馈，监控 D10/D11/D12/PID 输出变化

3. 现场调试顺序：先开 P，加大 Kp 至小幅震荡；再开 I 消除静差；最后加 D 抑制超调

4. 观察 D4 积分累加值，若持续饱和，增大 Ti 或增加积分分离阈值

八、与 CP1H 内置 PID 指令对比

表格

九、常见故障排查

1. 输出持续饱和不动：积分累加 D4 超限，检查抗积分饱和逻辑；增大 Ti

2. 阀门高频抖动：微分项 D 过大，减小 D7 微分时间，增加输出死区

3. 存在静态温差消除不了：积分失效，检查积分累加 D4 是否正常增减

4. 设定值改动瞬间阀门剧烈动作：未做微分先行，对 SP 微分产生冲击

5. PID 完全无运算：确认 W0.00 是否 100ms 周期持续导通、自动标志 D20=1

十、补充：增量式 PID 简要说明

上述程序为位置式 PID，直接输出阀门开度；增量式只输出本次输出变化量 Δu，适合步进阀、变频器，无积分饱和风险，公式：

\(\Delta u=K_p\left[(e_k-e_{k-1})+\frac{T}{T_i}e_k+\frac{T_d}{T}(e_k-2e_{k-1}+e_{k-2})\right]\)只需替换 P/I/D 运算网络，寄存器增加 D3 保存 e (k-2) 即可。