在过程控制中，经常涉及模拟量的控制，如温度、压力和流量控制等。为了使控制系统稳定准确，要对模拟量进行采样检测，形成闭环控制系统。检测的对象是被控物理量的实际数值，也称为过程变量；用户设定的调节目标值，也称为给定值。控制系统对过程变量与给定值的差值进行PID运算，根据运算结果，形成对模拟量的控制作用。
PID即比例/积分/微分，在闭环控制系统中，PID调节器的控制作用是使系统在稳定的前提下，偏差量最小，并自动消除各种因素对控制效果的扰动。
1.PID回路表
在S7-200中，通过PID回路指令来处理模拟量是非常方便的，PID功能的核心是PID指令。PID指令需要为其指定一个以V变量存储区地址开始的PID回路表、PID回路号。PID回路表提供了给定和反馈，以及PID参数等数据入口，PID运算的结果也在回路表输出，见表1-29。
表1-29 PID指令回路表
PID回路有两个输入量，即给定值（SP）与过程变量（PV）。给定值通常是固定的值，过程变量是经A-D转换和计算后得到的被控量的实测值。给定值与过程变量都是现实存在的值，对于不同的系统，它们的大小、范围与工程单位有很大的区别。在回路表中它们只能被PID指令读取，而不能改写。PID指令对这些量进行运算之前，还要进行标准化转换。每次完成PID运算后，都要更新回路表内的输出值Mn，它被限制在0.0～1.0之间。从手动控制切换到PID自动控制方式时，回路表中的输出值可以用来初始化输出值。
增益Kc是正时为正作用回路，反之为反作用回路。如果不想要比例作用，应将回路增益Kc设为0.0，对于增益为0.0的积分或微分控制，如果积分或微分时间为正，则为正作用回路，反之为反作用回路。
如果使用积分控制，上一次的积分值MX（积分和）要根据PID运算的结果来更新，更新后的数值作为下一次运算的输入。MX也应限制在0.0～1.0之间，每次PID运算结束时，将MX写入回路表，供下一次PID运算使用。
2.PID参数的整定方法
为执行PID指令，要对某些参数进行初始化设置，也可称为整定，参数整定对控制效果的影响非常大，PID控制器有4个主要的参数Ts、Kc、TI和TD需要整定。
在P、I、D这三种控制作用中，比例（P）部分与误差在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数Kc越大，比例调节作用越强，但过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。
积分（I）部分与误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。但是积分作用的动作缓慢，滞后性强，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态稳定性可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。
微分（D）部分反映了被控量变化的趋势，微分部分根据它提前给出较大的调节作用。它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数TD增大时，可能会使超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。如果TD过大，系统输出量可能出现频率较高的振荡。
为使采样值能及时反映模拟量的变化，Ts越小越好。但是Ts太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将Ts取得过小。表1-30给出了过程控制中采样周期的经验数据。
表1-30 采样周期的经验数据
3.PID回路控制指令
S7-200的PID指令没有设置控制方式，执行PID指令时为自动方式；不执行PID指令时为手动方式。PID指令的功能是进行PID运算。
当PID指令的允许输入EN有效时，即进行手动/自动控制切换，开始执行PID指令。为了保证在切换过程中无扰动、无冲击，在转换前必须把当前的手动控制输出值写入回路表的参数Mn，并对回路表内的值进行下列操作：
1）使SPn（给定值）=PVn（过程变量）。
2）使PVn-1（前一次过程变量）=PVn（过程变量的当前值）。
3）使MX（积分和）=Mn（输出值）。
在图1-30中，PID指令以功能框的形式编程，指令名称为PID。在功能框中有两个数据输入端：TBL是回路表的起始地址，是由变量寄存器VB指定的字节型数据；LOOP是回路的编号，是0～7的常数。当允许输入EN有效时，根据PID回路表中的输入信息和组态信息，进行PID运算。在一个应用程序中，最多可以使用8个PID控制回路，一个PID控制回路只能使用1条PID指令，不同的PID指令不能使用相同的回路编号。
图1-30 PID指令
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