PID调节仪

HSB系列专家自整定PID调节仪

使用说明书

昆山恒思博自动化科技有限公司

1

目 录

一、概述………………………………………………………………………………⑴ 二、功能特点…………………………………………………………………………⑴ 三、主要技术指标……………………………………………………………………⑴ 四、型号说明…………………………………………………………………………⑶ 五、操作说明…………………………………………………………………………⑷ 六、PID参数的意义和作用…………………………………………………………⑻ 七、报警………………………………………………………………………………⒀ 八、通讯说明…………………………………………………………………………⒀ 九、举例………………………………………………………………………………⒄ 十、端子接线…………………………………………………………………………⒅

2

一、概述

HSB-808系列智能仪表采用先进的微电脑芯片及技术,可与各类传感器、变送器配合使用，对温度、压力、液位、流量等工业过程参数进行测量、显示、精确控制、变送输出、数据采集及通讯。

二、功能特点

万能输入功能

自动校准和人工校准功能 手动/自动无扰动切换功能

可选择适应加热或制冷的正/反作用 控制输出信号限幅

采用模糊控制理论和传统PID控制相结合的方式，具备高精度的自整定功能，使控制过程具有响应快、超调小、稳态精度高的优点，对常规PID难以控制的大纯滞后对象有明显的控制效果

HSB-900在HSB-808基础上增加了30段程序控制功能

三、主要技术指标

基本误差：0.5％FS或 0.2％FS±1个字 分 辨 力：1/20000、14位A/D转换器

3

显示方式：双排四位LED数码管显示 采样周期：0.5S

报警输出：二限报警，报警方式为测量值上限、下限及偏差报警，继电器输出触点容量

AC220V/3A

控制输出：⑴继电器触点输出

⑵固态继电器脉冲电压输出（DC12V/30mA） ⑶单相/三相可控硅过零触发 ⑷单相/三相可控硅移相触发

⑸模拟量4～20mA、0～10mA、1～5V、0～5V 控制输出

通讯输出：接口方式——隔离串行双向通讯接口RS485/RS422/RS232/Modem 波特率——300～9600bps内部自由设定 馈电输出：DC24V/30mA

电 源：开关电源 85～265VAC 功耗4W以下

4

四、型号说明

型 谱 HSB-808

外形尺寸

A A/S B C C/S D

B□

说 明

智能PID调节仪

横式160×80×125mm 竖式80×160×125mm 方式96×96×110 mm 横式96×48×110 mm 竖式48×96×110 mm 方式72×72×110 mm

B1-1个报警点，B2-2个报警点

PRS

V12 V24

见“控制输出方式表” 微型打印机 串行通讯RS232 串行通讯RS485 无馈电输出

带DC12V馈电输出 带DC24V馈电输出 220VAC供电

Sn

5

DC24V供电

见“输入信号类型表”

报警输出 控制输出

通讯输出

变送器配电电源 供电电源

输入信号

□

W

注：控制输出方式表 代 码 N 输出方式 无输出 代 码 X1 输出方式 4～20mA

L

继电器 X2 0～10mA

G

固态继电器

X3 1～5V

K1

单相可控硅过零触发

K3

单相可控硅移相触发

K2

三相可控硅过零触发

K4

三相可控硅移相触发

五、操作说明

（一）仪表面板 HA-HA报警灯 LA-LA报警灯 OUT-输出指示灯 COM- 通讯指示灯 AT-自整定状态灯 PV-测量值显示窗 SV-设定值显示窗 （二）按键功能

SET—在设定状态时，用于存贮参数的新设定值并选择下一个设定参数。 ▲—在设定状态时，用于增加设定值。

6

▼—在设定状态时，用于减少设定值。

A/M—手动/自动转换,当为手动状态时,仪表上排显示测量值（PV）, 下排显示H ××,H(Hand)表示手动输出,××显示输出百分数, 用▲或▼键改变输出大小,自动到手动时的状态由自动状态最后稳定的控制输出决定。再按一下A/M键返回自动状态。

●—显示保温时间及运行总时间等, 在曲线控温时才起作用 （三）上电自检

⑴按仪表的端子接线图连接好仪表的电源、输入、输出、报警等接线。 ⑵仔细检查仪表的接线，正确无误后方可打开电源。

⑶接通电源后仪表上排显示HELO下排显示PASS字样表示仪表自检通过,如果显示-HH-表示超量限或断偶及热阻开路,仪表采用人机对话形式来输入参数,用各种提示符来提示应输入的数据。

(四)参数设定

按住SET键不动，保持2秒以上，上排显示-Cd-, 下排显示1230，用▲键把1230改变为1234,再按SET键，才进入参数设定状态，输入其他值无效，这主要是为了防止现场操作人员误修改参数。

在设定状态下,上排显示参数提示符,下排显示设定值;工作状态下,上排显示测量值（PV）,下排显示所需控制设定值（SV），直接用▲或▼键改变控制设定值大小。

7

按一下SET键马上松开，下排显示A ××,A(Auto)表示自动控制输出大小,××显示输出百分数，再按一下SET键，下排又显示所需的控制值。

工作状态灯HA亮时为上限报警或偏差报警状态指示,LA 灯亮时为下限报警或偏差报警状态指示,OUT为输出状态灯,亮时表示接通负载或有电压电流输出。

如果设定过程中12秒钟不改变参数或按下A/M键,则仪表自动返回运行。 提示符及含义如下:

⑴-sn- —设定仪表输入信号（参照输入类型表）

参数提示符 输入信号内容 参数提示符 输入信号内容

rtd tc―K K 型 远传电阻0―400Ω bA1 BA1 tc―S S 型

bA2 BA2 tc―E E 型

tc―b B 型 0―50 0―50mV tc―t T 型 0―5V 0―5V tc―n N 型 1―5V 1―5V tc―j J 型 0―20 0―20mA P100 Pt100 0―10 0―10mA C100 Cu100 4―20 4―20mA Cu50 Cu50 ts 特殊规格

8

自由输入由内部自动完成, 无需任何硬件调整. ⑵dot—设定显示值有几位小数点，范围0～3。

⑶inPL—线性输入下限对应显示值，即仪表量程下限，范围-999～9999。 ⑷inPH—线性输入上限对应显示值，即仪表量程上限，范围-999～9999。 ⑸LA(Low Alarm)—下限报警值

⑹HA(High Alarm)—上限报警值 ⑺dA(deviation Alarm)—偏差报警值

⑻At—自整定开关, 用▲或▼键设成ON则允许自整定, 设成OFF则禁止自整定, 每次整定完后自动设成OFF, 第一次启动自整定则必须设成ON, 整定过程中下排出现At字样, 同时AT灯亮, 整定完后自动取消。

⑼ -P-比例增益,范围为1～99.99,出厂缺省值设为10.0。 ⑽ -I-积分时间,范围为1～4000秒,出厂缺省值设为200。 ⑾-d-秒分时间,范围为1～999秒,出厂缺省值设为40。 ⑿ oPL—限制调节量输出最小值，范围为0～100%。

⒀oPH—限制调节量输出最大值，范围为0～100%。

⒁CooL—正反作用选择，选择oFF,为反作用调节方式，指仪表输入增大时，调节输出

9

趋向减小的控制，如加热控制；选择oN，为正作用调节方式，指仪表输入增大时，调节输出趋向增大的控制，如致冷控制。

⒂OP—选择控制输出方式,SSr-固态继电器/可控硅输出、onoF-继电器开关输出,0～5V线性电压输出,0～10mA线性电流输出, 4～20MA线性电流输出, 共5种常用方式. 特殊要求另议, 继电器开关控制周期为20秒,固态继电器/可控硅控制周期为2秒。

⒃oSEt—调零校正系数范围-99.9～99.9，修正后显示值=修正前测量值+oSEt,出厂值oSEt=0.0

⒄FSEt—调满度校正系数范围0.500～2.000，修正后显示值=FSEt×（修正前的测量值+oSEt）,出厂值FSEt=1.000。

⒅Addr—通讯地址即仪表编号，范围1～99。 ⒆bAUd—通讯的波特率，范围300～9600。 当仪表上排显示-End表示参数设置完毕。

设定的提示符根据用户要求在顺序可能有变动,内容上有增减，以满足个性化需求, 方便用户简单使用 。

六、PID参数的意义及作用

按偏差的比例、积分、微分控制(简称PID控制) 是工业过程中应用最广泛的一种控制

10

方法，P为比例增益，代表比例控制作用的强弱，与比例带δ成倒数关系。I为积分时间，单位为秒，d为微分时间，单位为秒。

（一）PID参数人工整定指南

⑴比例增益P的选取。由于P的大小直接影响到系统的超调量、过渡时间和稳态误差，因此P的选取尤其重要。比例增益P 加大，系统动作灵敏，速度加快，但偏大，超调量增大，振荡次数增多，调节时间过长，P太大，系统会趋向振荡。若P太小，会使系统动作缓慢。P的大小与稳态误差呈反比关系。加大比例作用，可以减小稳态误差，提高控制精度。

⑵积分时间I的选取。积分作用旨在消除稳态误差，积分时间I与积分作用的强弱呈反比关系，积分作用通常会使系统稳定性下降，I太小，积分作用太强将使系统不稳定，振荡次数较多，而I太大，对系统性能影响减弱，以至不能消除稳态误差。

⑶微分时间d的选取。微分控制能够预测偏差，产生超前校正作用，可以较好地改善动

11

态特性。但是，当d偏大或偏小时，超调量和调节时间都会增加。工程上，一般选取d＝0.1Ti～0.2 Ti。Ti=I;

这里举一个使用常碰到的现象，以说明手动调整PID参数的规律。在整个动态过程中，您发现响应超调量偏小，测量值围绕给定值小幅振荡，调节时间长，稳定不下来。超调量偏小说明P偏小，小幅振荡和不稳定说明I偏小、积分作用强。您可以依据PID调节规律逐渐增大P和I， d也随I作相应调整，逐步满足调节要求。

由上述分析可知，三个参数的选取相互影响、相互制约，还受实际各种因素的制约，必须根据具体运行情况和控制要求做出折衷选择。

（二）自整定模糊PID指南

PID参数整定大多通过人工操作完成，不仅需要丰富经验和熟练技巧，还费时费力，难以推广。工业过程中还伴随着延时、随机干扰和对象参数缓慢变化等现象，原先PID参数

12

很难到达最佳的效果。本软件可以较好地解决以上难题。

选取给定值的80%量为自整定给定值，施加Bang-Bang控制（位式调节），输出为满度输出的80%量，例如，在反作用过程中，测量值小于给定植时，输出80%量，当测量值大于给定植时，输出为零。这样，系统产生振荡，提取出振荡过程的振荡幅度A和振荡周期Tu。导出系统的临界增益Ku

4dA，其中d为控制幅值，再根据著名的Ziegler-Nichols

整定公式计算出PID参数P、I和d的初始值。一般情况下，以此参数运行实际微分PID模块就能使系统平稳过渡到给定植，满足控制要求。

模糊自调整PID模块在线调整自整定参数，进一步提高控制效果，克服对象参数缓慢变化和随机扰动，保证控制质量。本仪表软件按照参数整定原则和专家经验建立起了一套模糊控制矩阵表，以表格形式存放在ROM中。模糊自调整PID模块以偏差e、偏差和ea和偏差变化率ec为模糊输入语言变量，模糊推理各参数调整的模糊量，然后查询表格得出相

13

应参数的清晰调整量。模糊自调整部分本质上兼顾了对象的静态响应和动态响应，既看现状，也看动向。多次实验结果表明：模糊自调整PID不仅超调量和响应时间等指标上优于常规PID，而且对于对象参数变化时，它还具有良好的鲁棒性和自适应能力，同时也有效地兼顾系统的稳定性和动态响应。

本仪表软件运用了积分分离算法，当|e|>0.1*量程时，取消积分作用，直到|e|<0.1*量程时，才产生积分作用。实验表明：积分分离算法可以显著降低动态过程的超调量和过渡时间，改善调节性能。

本仪表的另一特点是采用了实际微分算法。通常的理想微分算法的微分作用仅局限在第一个采样控制周期有一个大幅度的输出。尽管实际微分算法的改进要比理想微分复杂得多，但是它的微分作用能够缓慢的持续多个控制周期，时的执行机构能较好地跟踪微分作用的输出。而且算式中含有一阶惯性环节，具有数字滤波作用，抗干扰能力较强。

14

七、报警

本仪表采用继电器输出方式报警,通常状态下,继电器接点“高与中”为常开,“中与低”为常闭。当仪表测量值高于上限报警值或偏差报警值时， 上限指示灯亮，同时对应的继电器接点“高与中”闭合，“中与低”断开；当仪表测量值低于下限报警值或偏差报警值时，下限指示灯亮，同时对应的继电器接点“高与中”闭合,“中与低”断开。

测量值 测量值 测量值

（PV） （PV） （PV） SV+dAL 报警输出 OFF 报警输出 OFF 报警输出 OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF ON ON 偏差报警 上限报警 下限报警

八、通讯说明

本仪表备有RS232、RS422/485接口，可直接接计算机通讯，

数据格式为1个起始位﹑8个数据位﹑无奇偶校验﹑1个停止位﹑共11位。

15

参数代号：仪表的参数用1个16进制数的参数代号来表示。它在指令中表示要读/写的参数名。

仪表编号：为了在一个通讯接口上连接多台HSB仪表，需要给每台HSB仪表编一个互不相同的代号，这一代号在本文约定称为通讯地址代号（简称地址代号）。有效的地址为0—63。所以一条通讯线路上最多可连接64台XL仪表。仪表的地址代号由参数Addr决定。

所有数字变成ASCⅡ码传输，其命令格式如下： 从仪表读数据

指令格式：EOT+仪表编号 +52H+参数代号+ENQ EOT 仪表编号（十位） 仪表编号（个位） R 参数代号 ENQ [04h,30h,31h,52h, 30h,30h,05h]

仪表返回：STX+仪表编号+参数代号+参数值+校验码+ETX、 STX 仪表编号 仪表编参数代号参数代号 数据符 数 据 数 据

十位 号个位 十位 个位 号位 千 位 百 位

数 据 数 据 小数点 校验码 ETX 十 位 个 位

[02h,30h,31h,30h,30h,2bh,31h,32h,33h,2eh,34h,81h,03h]

16

向仪表写读数

指令格式：EOT+仪表编号+57H+参数代号+被写入的参数值+ENQ EOT 仪表编号（十位） 仪表编号（个位） W 参数代号

十位

参数代号 数据符个位 号位

数 据

千 位

数 据 百 位

数 据 十 位

小数点 数 据 ENQ 个 位

[02h,30h,31h,57h,30h,38h,2bh,31h,32h,33h,2eh,34h,03h]

说明：⑴仪表编号由仪表中“Addr”参数决定，它为2位数字的ASCⅡ码。

⑵在命令及返回参数中的EOT，STX等均为一个ASCⅡ码，它们的码值为：

STX=02H；ETX=03H;ENQ=05H；EOT=04H,R表示读，ASCⅡ码值=82(52h) W表示读，ASCⅡ码值=87(57h)

⑶数据参数值为符号位+4位有效位+小数点，共6位。

检验码为发送前11个字节之和。

例如：仪表编号为01,测量值=123.4,则数据千位为31H、百位为32H、十位为33H、个位为34H、符号位2BH为正、符号位2DH为负。

17

参数代号 参数名 含 义 00H PV 测量值 01H HA 上限报警 02H LA 下限报警 03H dA 偏差报警 04H OP 控制方式 05H P 比例增益 06H I 积分时间 07H d 微分时间 08H SV 给定值 09H Sn 输入规格 OAH dot 小数点位置 0BH inpL 0CH inpH 0EH OSEt 0FH FSEt 传感器满度修正 10H oPL 输出下限

18

下限显示值 上限显示值

传感器零点修正 11H oPH 输出上限 12H C00L 正/反作用 13H bAud 通讯波特率 14H Addr 通讯地址 15H Lb 数字滤波

由HSB智能仪表+上位机组成的DCS集散控制系统，具有集中管理，分散控制的特点。控制以及数据采集均由下位机完成，上位机则对整个工艺过程进行实时监控，记录并打印历史数据。由于采用分散控制，上位机故障不影响下位机，下位机与下位机之间故障不扩散，从而大大减小了因局部故障造成系统崩溃的机率.

HSBDCS系统多机通讯时采用RS485通讯规范，最大通讯距离1km。一条通讯线路上最多允许挂接64台HSB系列智能仪表，系统构成简便。需要祥细资料，请与供应商联系。

九、举例

仪表用于加热温度控制，输入信号为二线制温度变送器4-20mA，对应0～200℃，温度高于控制值5℃时上限报警动作，调节输出最小值为0，最大值为80%，P、I、D参数按出厂缺省值设定，，和计算机联网，仪表编号为01，波特率为9600，测量值无须校正,小数点为1位，参数设定如下：

Sn=4-20 dot=1 inPL=0.0 inPH=200.0 dA=5.0 P=15 I=200 d=15 oPL=0 oPH=80 CooL=oFF oSEt=0.0 FSEt=1.000 Addr=1 bAUd=9600

19

十、端子接线

⑴A、A/S规格160×80×125尺寸的仪表

20

⑵B规格96×96尺寸仪表

21

⑶C规格96×48尺寸仪表

22

⑷C/S规格48×96尺寸仪表

23

⑸D规格72×72尺寸仪表

24

可控硅触发时接线图（过零触发及时间比例输出） 注意事项

⑴根据负载的电压及电流大小选择适当的组容吸收回路及压敏电阻以保护可控硅。 ⑵仪表触发输出要求负载额定交流电源为100—380VAC（最大电压允许范围85—418VAC）。

⑶特殊要求的仪表，接线方式请随机接线图为准。

25