6ES7211-1HE40-0XB0西门子

SIMATIC S7-1200，CPU 1211C， 紧凑型 CPU，DC/DC/继电器， 机载 I/O： 6 个 24V DC 数字输入；4 个 2A 继电器数字输出； 2 AI 0-10V DC， 电源：直流 20.4-28.8V DC， 程序存储器/数据存储器 50 KB

统输入

端的积分作用的影响。

步进控制器（如 PID_3Step）会生成输出值。

控制原理

2.2 受控系统

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 23

2.2 受控系统 

受控系统的属性几乎不受到影响，因为这些属性是由过程和机械的技术要求决定的。 只

能通过为特定受控系统选择合适的控制器类型以及调整控制器以适应受控系统的时间响

应，来实现可接受的控制结果。 因此，要对控制器的比例、积分和微分作用进行组态，

很有必要详细了解受控系统的类型和参数。

受控系统类型 

根据受控系统对输出值阶跃变化的时间响应来对受控系统进行分类。

受控系统有以下分类：

● 自调节受控系统

– 比例作用受控系统

– PT1 受控系统

– PT2 受控系统

● 非自调节受控系统

● 具有/不具有时间的受控系统

自调节受控系统 

比例作用受控系统

在比例作用受控系统中，过程值几乎会立即随输出值而变化。 过程值与输出值之间的比

率由受控系统的比例 Gain 定义。

示例：

● 管道系统中的闸门阀

● 分压器

● 液压系统中的降压功能

控制原理

2.2 受控系统

PID 控制

24 功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE

PT1 受控系统

在 PT1 受控系统中，过程值的变化最初与输出值的变化成比例。 过程值的变化率随时间

减小，直至达到最终值，即被延迟。

示例：

● 弹簧减震系统

● RC 元件的充电

● 由蒸汽加热的贮水器。

加热与制冷过程，或充电和放电特性的时间常量通常相同。 时间常量不同时，控制显然

会更加复杂。

PT2 受控系统

在 PT2 受控系统中，过程值不会立即跟随输出值的阶跃变化，即，过程值的增加与正向

上升率成正比，然后随着上升率的下降而逼近设定值。 受控系统通过二阶延迟元件显示

比例响应特性。

示例：

● 压力控制

● 流速控制

● 温度控制

非自调节受控系统 

非自调节受控系统具有积分响应。 过程值趋于无限大的值。

示例：

● 流入容器的液体

具有死时间的受控系统 

死时间总是表示在系统输出测量系统输入的变化之前到期的运行时间或传输时间。

在具有死时间的受控系统中，过程值的变化将发生延迟，延迟时间等于死时间量。

示例：

传送带

控制原理

2.3 控制部分的特征值

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 25

2.3 控制部分的特征值 

根据阶跃响应确定时间响应 

受控系统的时间响应可根据输出值 y 发生阶跃变化之后的过程值 x 的时间特性来确定。大

多数受控系统为自调节受控系统。

时间响应可由使用变量延迟时间 Tu、恢复时间 Tg 和最大值 Xmax 来大致确定。这些变量

可通过最大值的切点和阶跃响应的转折点来确定。在很多情况下，无法记录达到最大值的

响应特性，因为过程值不能超过特定值。在这种情况下，上升率 vmax 用于确定受控系统

(vmax = Δx/Δt)。

控制原理

2.3 控制部分的特征值

PID 控制

26 功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE

受控系统的可控性可根据比率 Tu/Tg 或 Tu × vmax/Xmax 来估算。规则：

过程类型 Tu / Tg 受控系统的适控性 I < 0.1 可以很好地控制

II 0.1 到 0.3 仍可控制

III > 0.3 难以控制

死时间对受控系统可控性的影响 

具有死时间和恢复功能的受控系统对输出值跳变的响应如下所述。

Tt 死时间

Tu 延迟时间

Tg 恢复时间

y 输出值

x 过程值

具有死时间的自调节受控系统的可控性由 Tt 与 Tg 的比率确定。Tt 必须小于 Tg。规则：

Tt/Tg ≤ 1 

控制原理

2.3 控制部分的特征值

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 27

受控系统的响应率 

可以根据以下值来判断受控系统：

Tu < 0.5 min、Tg < 5 min = 快速受控系统

Tu > 0.5 min、Tg > 5 min = 慢速受控系统

特定受控系统的参数 

物理量 受控系统 延迟时间 Tu 恢复时间 Tg 上升率 vmax 

温度 小型电热炉 0.5 到 1 min 5 到 15 min 一直到 60 

K/min。

大型电热退火炉 1 到 5 min 10 分钟到 20 分 钟

一直到 20 

K/min。

大型燃气加热退火炉 0.2 到 5 min 3 分钟到 60 分 钟

1 到 30 K/min

蒸馏塔 1 到 7 min 40 到 60 min 0.1 到 0.5° C/s

高压锅 (2.5 m3) 0.5 分钟到 0.7 分 钟

10 分钟到 20 分 钟

未指定

高压锅 12 分钟到 15 分钟 200 分钟到 300 

分钟

未指定

蒸气过热器 30 s 到 2.5 min 1 到 4 min 2°C/s

注塑机 0.5 分钟到 3 分钟 3 分钟到 30 分 钟

5 到 20 K/min

挤压机 1 分钟到 6 分钟 5 分钟到 60 分 钟

包装机 0.5 分钟到 4 分钟 3 分钟到 40 分 钟

2 到 35 K/min

暖气 1 到 5 min 10 到 60 min 1° C/min

控制原理

2.3 控制部分的特征值

PID 控制