加药、加氯算法实现设计
3.1 PID算法简介
3.1.1 PID模型
PID调节规律是比例、积分、微分三种调节规律结合。在滞后大而又要消除余差的场合广泛适用。它仍以比例作用为基本调节规律，以微分的超前作用克服容量滞后、测量之后，以积分作用最后消除余差。PID方程计算的结果驱使受控的过程变量达到期望值。氯消毒是一个比较复杂的过程，对它的动态特性进行数学描述比较因难。在PID方程中，PID参数设定根据原水水质和经验进行设定，比例调节的作用是快速调节偏差的大小，偏差大调节大，偏差小调节小。积分调节的作用是逐步改变调节作用，偏差大调节作用变化速度快，反之则慢。微分调节的作用是使偏差快速消除，可以选择方程中的微分项是作用于误差的变化还是作用于过程变量的变化。我们只须对设定值的变化作出正常反应。根据经验微分增益值不宜过大。
PID控制器管理输出数值，以便使偏差（e）为零，系统达到稳定状态，偏差是给定值SP和过程变量PV的差。PID控制原则以下列公式为基础，其中将输出表示成比例项、积分项和微分项的函数如算式5所示：
（2）
式中，M（t）为PID运算的输出，是时间的函数；
为PID回路的比例系数；
为PID回路的积分系数；
为PID回路的微分系数；
为PID回路的偏差；
为PID回路输出的初始值。
为了在数字计算机内运行此控制函数，必须将连续算式离散化为周期采样偏差算式，才能用来计算输出值。离散后的算式见算式3：
（3）
式中， 为采样时刻n的PID运算输出；
为采样时刻n的PID回路的偏差；
为采样时刻n-1的PID回路的偏差；
为采样时刻L的PID回路的偏差。
在公式3中，第一项叫比例项，第二项由两项的和构成，叫积分项，最后一项叫微分项。比例项是当前采样的函数，积分项是从第一采样至当前采样的函数，微分项是当前采样及前一采样的函数。在数字计算机中既不可能也没有必要存储全部偏差项的采样，因为从第一采样时刻开始，每次对偏差采样时都必须计算其输出数值，因此，只需要存储前一次的偏差值及前一次的微分项数值。
3.1.2 回路输入的转换和标准化
（1） 每个PID回路有两个输入量给定值( )和过程变量( )给定值，通常是一个固定的值。给定值和过程变量都可能是现实世界的值，它们的大小范围和工程单位都可能不一样，PID指令在对这些量进行运算以前必须把她们转换成标准的浮点型实数。转换的第一步是把16位整数值转成浮点型实数值。转换的下一步是把实数值进一步标准化为0.0～1.0之间的实数回路输出值转换成刻度整数值.
（2） 回路输出值一般是控制变量，同时输出是0.0～1.0之间的标准化了的实数值，在回路输出驱动模拟输出之前必须把回路输出转换成相应的16位整数，这一过程是给定值或过程变量的标准化转换的反过程。如果增益为正，那么该回路为正作用回路；如果增益为负，那么是反作用回路；对于增益为零的积分或微分控制来说，如果指定积分时间微分时间为正就是正作用回路指定为负值则是反作用回路。
3.1.3 控制方式
S7–200的PID回路没有设置控制方式只要PID块有效就可以执行PID运算，在这种意义上说PID运算存在一种“自动”运行方式，当PID运算不被执行时我们称之为“手动”方式，同计数器指令相似PID指令有一个使能位当该使能位检测到一个信号的正跳变(从0到1)。PID指令执行一系列的动作使PID指令从手动方式无扰动地切换到自动方式。为了达到无扰动切换在转变到自动控制前，必须用手动方式把当前输出值填入回路表中的 栏，PID指令对回路表中的值进行下列动作，以保证当使能位正跳变出现时从手动方式无扰动切换到自动方式。
置给定值 ( )给过程变量 ( )；
置过量变量前值 ( )给过程变量现值 ( )；
置积分项前值 ( )给输出值 ( )。
PID使能位的默认值是1，在CPU启动或从STOP方式转到RUN方式时，建立CPU进入RUN方式后，首次使PID块有效没有检测到使能位的正跳变，那么就没有无扰动切换的动作，报警与特殊操作PID指令是执行PID运算的简单而功能强大的指令，如果其她过程需要对回路变量进行报警等特殊操作那么可以用CPU支持的基本指令实现这些特殊操作功能。
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