小程序新增PID 仿真 · PID 整定 · Modbus 助手

海客登州 · 小程序使用教程

PID 仿真 · PID 整定助手 · Modbus 助手

石油化工自控仪表工具套件

本教程介绍工具箱中三款工程辅助工具的使用方法与现场应用场景。三款工具均采用顶部标签切换、参数即填即算的设计，无需联网，适合现场离线使用。

一、PID 仿真

PID 仿真用于在整定参数前直观理解 PID 三项参数对回路响应的影响，帮助建立“Kp 大了会怎样、Ti 短了会怎样”的直觉，也可用于对比几组整定参数的优劣。

1.1 它是什么

工具采用过程控制领域最经典的 FOPDT 模型（一阶惯性 + 纯滞后）来近似真实回路，控制器采用工业标准形式的位置式 PID（微分作用于测量值、带抗积分饱和与输出限幅），与 DCS/PLC 中实际的 PID 功能块做法一致。因此把现场辨识出的过程参数填进去，得到的响应趋势具有实际参考意义。

图 1  PID 仿真参数设置界面

1.2 操作步骤

1.选择回路类型：流量 / 压力 / 温度 / 液位，仅作为场景标识，便于套用对应的典型参数。

2.选择仿真模式：“SP 阶跃”观察设定值突变后的跟踪过程；“负荷扰动”观察回路抗扰动能力。

3.填写过程参数（一阶惯性 + 纯滞后）：过程增益 K、时间常数 T、纯滞后 θ、仿真时长。

4.填写 PID 控制器参数：比例增益 Kp、积分时间 Ti、微分时间 Td、设定值 SP。

5.点击“开始仿真”，曲线随时间生长画出 SP 与 PV 响应，并给出超调量、调节时间、稳态误差三个指标。

1.3 参数含义

二、PID 整定助手

面对一个振荡或迟钝的回路时，整定助手用三种经验整定法，根据现场测得的数据快速算出一组可用的 P / PI / PID 初值。它解决的是“算”的纸笔活，不做仿真。

图 2  PID 整定助手 · Z-N 临界比例法

2.1 三种整定方法

•Z-N 临界比例法：现场把积分微分切掉，纯比例下逐渐增大增益至系统等幅振荡，记下临界增益 Ku 与振荡周期 Tu，输入两值即得参数。

•Z-N 响应曲线法：做开环阶跃测试，得到滞后时间、时间常数、放大倍数后计算参数。

•Cohen-Coon：同样基于阶跃响应曲线，对大滞后回路（θ/T 较大）整定效果更好。

2.2 操作步骤（以临界比例法为例）

1.顶部选择整定方法标签（图中为 Z-N 临界比例法）。

2.填写临界增益 Ku 与振荡周期 Tu（s）。

3.选择比例形式：增益 Kp 或比例度 δ%（两者互为倒数，按现场 DCS 习惯选）；选择时间单位：秒或分。

4.下方表格自动给出 P、PI、PID 三行对应的 Kp、Ti、Td 推荐值。

2.3 现场要点

Z-N 参数响应偏激进、超调较大，投用后通常适当减小增益。不同 DCS 的参数形式不同（比例增益 Kp 与比例度 δ% 互为倒数、积分时间分 / 秒），输出可切换以适配霍尼韦尔、横河、浙大中控等系统的习惯。

三、Modbus 助手

Modbus 助手集成地址转换、数据解析、CRC、报文解析、RTU/TCP 转换、异常码六个功能，专治现场 Modbus 调试中算地址、对报文、查字节序这些费脑子的纸笔活。

图 3  Modbus 助手 · 地址转换

3.1 六个功能

3.2 地址转换用法

在“PLC 地址”框输入任意一种地址表示（如 40101 / 30001 / 00017），下方自动给出全部对应信息：

•数据区：保持寄存器 / 输入寄存器 / 线圈 / 离散输入（由地址前缀判定）。

•协议地址（0 基）= 区内编号 − 1（例：40101 → 100）。

•Hex 偏移：协议地址的十六进制（例：100 → 0x0064）。

•读功能码 / 写功能码：例保持寄存器为读 03、写 06 / 10。

3.3 地址区与功能码对照