一、PID控制原理
基于反馈控制理论，在工程实际中，应用最为广泛的比例、积分、微分控制，简称PID控制。
PID具有以下优点：
1.原理简单实用方便；
2.适用性强，可以广泛应用在化工，冶金等领域；
3.控制品质对其被控对象特性的变化不大敏感；
4.对模型依赖性少，按PID控制进行工作的自动控制调节器早已商品化。
S7-1200的PID功能：
1.提供3个PID指令：PID_Compact、PID_3Step、PID Temp；
2.PID的调节回路数仅受程序大小及执行时间影响，没有具体数量限制；
3.支持抗积分饱和功能；
4.支持不同错误的响应。
5.PID_3Step、PID_Temp支持死区；
6.PID_Temp支持控制带；
7.PID Temp支持串级控制。
二、PID控制指令
1.PID_Compact
PID_Compact是连续的PID控制指令，支持模拟量或脉冲宽度调制（PWM）输出。
| 引脚 | 注释 |
|---|---|
| Setpoint | 自动模式下的设定值 |
| Input | 工程量反馈值 |
| Input_PER | 模拟量反馈值（0~27648） |
| Disturbance | 扰动变量或预控制值 |
| ManualEnable | 上升沿激活“手动”模式；下降沿激活由“Mode”指定的工作模式 |
| ManualValue | 该值在手动模式下使用，用作 PID 输出值 |
| ErrorAck | 确认错误 |
| Reset | 重启控制器 |
| ModeActivate | 上升沿激活由“Mode”指定的工作模式 |
| Mode | 通过“ModeActivate”的上升沿激活的模式；0：未激活；1：预调节；2：精确调节；3：自动模式；4：手动模式 |
| ScaledInput | 线性化输入 |
| Output | 工程量输出 |
| Output_PER | 模拟量输出（0~27648） |
| Output_PWM | 脉宽调制输出 |
| SetpointLimit_H | 到达设定上限 |
| SetpointLimit_L | 到达设定下限 |
| InputWarning_H | 到达输入上限 |
| InputWarning_L | 到达输入下限 |
| State | 控制器当前操作模式 |
| Error | 错误报警 |
| ErrorBits | 报警信息 |
2.PID_3Step
PID_3Step是用于开关量信号控制的执行器；其输出用于模拟量和二进制阀门的控制；支持阀门的位置反馈和停止信号的检测；集成了电机转换时间的测量；支持死区控制。
| 引脚 | 注释 |
|---|---|
| Setpoint | 自动模式下的设定值 |
| Input | 工程量反馈值 |
| Input_PER | 模拟量反馈值（0~27648） |
| Actuator_H | 阀门处于上端停止位时的数字位置反馈 |
| Actuator_L | 阀门处于下端停止位时的数字位置反馈 |
| Feedback | 阀门的位置反馈 |
| Feedback_PER | 阀门的模拟位置反馈 |
| Disturbance | 扰动变量或预控制值 |
| ManualEnable | 上升沿激活“手动”模式；下降沿激活由“Mode”指定的工作模式 |
| ManualValue | 在手动模式下指定阀门的绝对位置 |
| Manual_UP | 1：即使正在使用 Output_PER 或位置反馈，阀门也打开。如果已达到上端停止位，则阀门将不再移动；0：如果正在使用 Output_PER 或位置反馈，则阀门移至 ManualValue。否则阀门不再移动 |
| Manual_DN | 1：即使正在使用 Output_PER 或位置反馈，阀门也关闭。如果已达到下端停止位，则阀门将不再移动；0：如果正在使用 Output_PER 或位置反馈，则阀门移至 ManualValue。否则阀门不再移动 |
| ErrorAck | 确认错误 |
| Reset | 重新启动控制器 |
| ModeActivate | 上升沿激活由“Mode”指定的工作模式 |
| ScaledInput | 线性化输入 |
| ScaledFeedback | 线性化位置反馈 |
| Output_UP | 用于打开阀门的数字量输出值 |
| Output_DN | 用于关闭阀门的数字量输出值 |
| Output_PER | 模拟量输出值 |
| SetpointLimit_H | 到达设定上限 |
| SetpointLimit_L | 到达设定下限 |
| InputWarning_H | 到达输入上限 |
| InputWarning_L | 到达输入下限 |
| State | 控制器当前操作模式 |
| Error | 错误报警 |
| ErrorBits | 报警信息 |
| Mode | 通过“ModeActivate”的上升沿激活的模式；0：未激活；1：预调节；2：精确调节；3：自动模式；4：手动模式；6：转换时间测量；10：无停止位信号的手动模式 |
3.PID_Temp
PID_Temp转为温度控制而设计，支持加热和制冷控制；支持模拟量或脉冲宽度调制（PWM）输出；提供加热和制冷的自整定；带有抗积分饱和的级联控制功能；支持死区和控制带功能。
| 引脚 | 注释 |
|---|---|
| Setpoint | 自动模式下的设定值 |
| Input | 工程量反馈值 |
| Input_PER | 模拟量反馈值（0~27648） |
| Disturbance | 扰动变量或预控制值 |
| ManualEnable | 上升沿激活“手动”模式；下降沿激活由“Mode”指定的工作模式 |
| ManualValue | 该值在手动模式下使用，用作 PID 输出值 |
| ErrorAck | 确认错误 |
| Reset | 重启控制器 |
| ModeActivate | 上升沿激活由“Mode”指定的工作模式 |
| Mode | 通过“ModeActivate”的上升沿激活的模式；0：未激活；1：预调节；2：精确调节；3：自动模式；4：手动模式 |
| Master | 级联控制的接口，通过主控制器“PID_Temp_1”调用从控制器“PID_Temp_2” |
| Slave | 级联控制的接口，需要将主站Slave接口变量，在从站Master接口处调用 |
| ScaledInput | 标定后的过程值 |
| OutputHeat | 工程量加热输出 |
| OutputCool | 工程量制冷输出 |
| OutputHeat_PER | 模拟量加热输出 |
| OutputCool_PER | 模拟量制冷输出 |
| OutputHeat_PWM | 脉宽调制加热输出 |
| OutputCool_PWM | 脉宽调制制冷输出 |
| SetpointLimit_H | 到达设定上限 |
| SetpointLimit_L | 到达设定下限 |
| InputWarning_H | 到达输入上限 |
| InputWarning_L | 到达输入下限 |
| State | 控制器当前操作模式 |
| Error | 错误报警 |
| ErrorBits | 报警信息 |
4.指令块功能对比
| 指令 | PID_Compact | PID_3Step | PID_Temp |
|---|---|---|---|
| 模拟量输出 | 支持 | 支持 | 支持 |
| PWM | 支持 | 支持 | 支持 |
| 加热/指令输出 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
| 死区 | 不支持 | 支持 | 支持 |
| 控制带 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
| 串级控制 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
| 预调节 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 精确调节 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 抗积分饱和 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 执行器阀位反馈 | 不支持 | 支持 | 不支持 |
三、PID控制示例
1. 调用并设置初始参数
首先，我们需要修改目标速度，并观察线体的稳定性。如果系统稳定，则无需更改任何配置。本次 PID 调速设定为每秒钟调整一次速度。
在本次案例中，我们将电机速度目标设置为1800mm/s。接下来，进入编辑自动 PID 控制块。
2.设置并调试初始参数
本次我们使用 cyclic interrupt PID control 控制块，该控制块可以定时自动进行一次 PID 运算。
3. 初始参数赋值
逻辑是根据输入的速度与目标速度进行比较，决定控制输出的百分比。我们将输出的百分比与电机的控制变量关联起来，从而实现自动调节速度以达到稳定效果。
4.调试与测试
此方法可以自动进行 PID 控速，对于精度要求不高的情况也足够使用，大大节省了调节 PID 的时间。
我们进行机器自动跑一圈，可得,最终根据效果可看到速度几乎趋向于稳定，上下误差浮动极小，速度稳定与1800mm/s
5.手动修改部分参数
如果对精度有更高要求，可以手动修改部分 PID 参数，使系统趋向于更加稳定。
四、结尾与总结
以上是笔者的关于博图PID控制示例，是一个快递分拣传送带，控制电机使得速度在合理的范围内稳定下来。
通过本次案例，我们展示了如何在快递分拣传送带上应用 PID 控制技术来稳定电机速度。使用 cyclic interrupt PID 控制块，我们可以自动进行 PID 运算，实现每秒钟调整一次速度，确保系统在设定的目标速度1800mm/s附近稳定运行。通过合理设置和调试初始参数，以及根据实际需求进行手动微调，能够显著提高系统的稳定性和精度。
尽管 PID 控制设置步骤繁多，但其操作简单且效果显著。通过这一示例，我们不仅了解了 PID 控制的基本原理和应用方法，还体会到其在实际工业控制中的重要性和便利性。希望本示例能够为您的项目提供有价值的参考，让您的系统运行更加高效稳定。
未来，我们将继续探索和优化 PID 控制技术，力求在更多领域实现更高效的自动化控制。让我们一起在技术的海洋中不断前行，探索更多的可能性。