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1、PID_FB41_FB42_FB43用Step7 中SFB41/FB 41，SFB42/FB42，SFB43/FB43实现PID控制SLC A&D CSMay 2004目 录1概述31.1应用41.2控制系统分析42PID系统控制器的选择82.1连续控制器、开关控制器82.2固定值控制器92.3级联控制器92.4混合控制器92.5比例控制器102.5.1单循环比例控制器102.5.2多循环比例控制器102.6二级控制器102.7三级控制器113布线113.1布线规则113.1.1连接电缆113.1.2屏蔽端接元件113.1.3警告113.1.4其它信息114参数赋值工具介绍114.1调试PID
2、参数的用户界面124.2获取在线帮助的途径135在用户程序中实现135.1调用功能块135.2背景数据块145.3程序结构146功能块介绍146.1连续调节功能SFB 41/FB 41 “CONT_C”146.1.1简介146.1.2应用程序156.1.3说明156.2步进控制功能SFB 42/FB 42“CONT_S”276.2.1简介276.2.2应用程序276.2.3说明276.3脉冲宽度调制器SFB 43/FB 43“PULSEGEN”376.3.1简介376.3.2应用程序376.3.3说明377功能块举例501 概述本文中所讨论的功能块（SFB41/FB41，SFB42/FB42，
3、SFB43/FB43）仅仅是使用于S7和C7的CPU中的循环中断程序中。该功能块，定期计算所需要的数据，保存在指定的DB中（背景数据块）。允许多次调用该功能块。CONT_C块与PULSEGEN块组合使用，可以获得一个带有比例执行机构脉冲输出的控制器（例如，加热和冷却装置）。 SFB41/FB41 (CONT_C)， 连续控制方式； SFB42/FB42 (CONT_S)， 步进控制方式； SFB43/FB43 (PULSEGEN)， 脉冲宽度调制器；注意：SFB41/42/43，与FB41/42/43兼容，可以用于CPU 313C、CPU 313C-2 DP/PTP 和CPU 314C-2 D
4、P/PTP中。1.1 应用借助于由你组态大量模块组成的控制器，可以完成带有PID算法的实际控制器。控制效率，即处理速度取决于你所使用的CPU性能。对于给定的CPU，必须在控制器的数量和控制器所需要执行频率之间找到一个折衷方案。连接的控制电路越快，所安装的控制器数量越少，则每个时间单位计算的数值就越多。对于控制过程的类型没有限制。较慢（温度、填料位，等）以及较快的控制系统（流量、速度，等）都可以控制。1.2 控制系统分析控制系统的静态性能（增益）和动态性能（滞后、空载时间、积分常数，等），都是设计系统控制器及其静态参数（P操作）和动态参数（I、D操作）的主要因素。因此，熟练掌握控制系统的类型和特
5、性非常重要。（如图1，图2，图3，图4）图 1图 2图 3图 42 PID系统控制器的选择控制系统的属性由技术过程和机器条件决定。因此，为了获得良好的控制效果，你必须选择最适用的系统控制器。2.1 连续控制器、开关控制器 连续控制器，输出一个线性（模拟）数值。 开关控制器，输出一个二进制（数字）数值。2.2 固定值控制器固定值控制，使用设定固定数值进行的过程控制，只是偶尔修改一下参考变量，过程偏差的控制。2.3 级联控制器级联控制器，控制器串行连接控制。第一个控制器（主控制器）决定了串行控制器（从控制器）的设定点，或者根据过程变量的实际错误影响器设定点。一个级联控制器的控制性能可以使用其它的过
6、程变量加以改进。为此，可以为主控制变量添加一个辅助过程变量PV2（主控制器SP2的输出）。主控制器可以将过程变量PV1施加给设定点SP1，并且可以调整SP2，以便尽可能快地到达目标，而没有过调节。（如图5）图 52.4 混合控制器混合控制器是指根据每个被控组件所需要的设定点总数量，来计算总SP数量的一种控制结构。在此，混合系数FAC的和必须为“1”。（如图6）图 62.5 比例控制器2.5.1 单循环比例控制器单循环比例控制器，可以用于“两个过程变量之间的比率”比“两个过程变量的绝对数值”重要的场合。（例如，速度控制）。（如图7）图 72.5.2 多循环比例控制器对于多循环比例控制，两个过程变
7、量PV1和PV2之比保持为常数。因此，可以使用第一个控制循环的过程数值，来计算第二个控制循环的设定点。对于过程变量PV1的动态变化，也可以保证保持特定的比例。（如图8）图 82.6 二级控制器一个二级控制器只能采集两个输出状态（例如，开和关）。典型的控制为：一个加热的系统，通过继电器输出的脉冲宽度调制。2.7 三级控制器一个三级控制器只能采集到三个具体的输出状态。我们需要区分：“脉冲宽度调制”（例如，加热-冷却，加热-关机-冷却）和“使用集成执行机构的步进控制”（例如，左-停止-右）之间的区别。3 布线对于没有集成的I/O控制器，你必须使用附加的I/O模块。3.1 布线规则3.1.1 连接电缆
8、 对于数字I/O，如果线路有100米长，必须使用屏蔽电缆； 电缆屏蔽时必须在两端进行接地； 软电缆的截面积选择0.251.5 mm2； 无需选择电缆套。如果决定选择使用电缆套，你可以使用不带绝缘套圈的电缆套（DIN 46228, Shape A, Short version）；3.1.2 屏蔽端接元件 你可以使用屏蔽端接元件，将所有屏蔽的电缆直接通过导轨连接接地； 必须在断电情况下对组件进行接线；3.1.3 警告 带电作业会有生命危险。 如果你带电对组件的前插头进行接线，会有触电危险！3.1.4 其它信息 其他注意事项可参见手册“CPU数据”手册以及CPU的安装手册。4 参数赋值工具介绍借助于
9、“PID参数设置”工具，可以很方便的调试功能块SFB41/FB41，SFB42/FB42的参数（背景数据块）。4.1 调试PID参数的用户界面在Windows操作系统中，调用“调试PID参数用户界面”的操作过程如下： Start SIMATIC STEP 7 PID Control Parameter Assignment（如图9）。图 9 在最开始的对话框中，你既可以打开一个已经存在的FB41/ SFB41 “CONT_C” 或者 FB42/ SFB42 “CONT_S”的背景数据块。也可以生成一个新的数据块，再可以分配给FB41/ SFB41 “CONT_C” 或者 FB42/ SFB42
10、 “CONT_S”，作为背景数据块。（如图10）图 10 FB43/SFB43 “PULSEGEN” 没有参数设置的用户界面工具。你必须在STEP 7 中去设置它的参数。4.2 获取在线帮助的途径当分配参数给FB41/ SFB41 “CONT_C” 、FB42/ SFB42 “CONT_S” 或者FB43/SFB43 “PULSEGEN”时，你可以通过以下三条途径获得帮助： 使用Step7菜单HelpContents，获得相应的帮助信息； 通过按下F1 键得到帮助； 在PID参数设置对话框中，通过点击Help，可以得到具体的帮助信息。5 在用户程序中实现以下章节将帮助你根据你的应用设计一个用户
11、程序。5.1 调用功能块使用相应的背景数据块调用系统功能块。举例：CALL SFB 41, DB 30 （或者，CALL FB 41, DB 31）5.2 背景数据块系统功能块的参数将保存在背景数据块中。在第6章中将阐述这些参数。你可以通过以下方式访问这些参数 DB编号和偏移地址 数据块编号和数据块中的符号地址5.3 程序结构SFB必须在重新启动组织块OB100中和循环中断组织块OB3038中调用。模式： OB100 Call SFB/FB 41、42、43, DB 30 OB35 Call SFB/FB 41、42、43, DB 306 功能块介绍6.1 连续调节功能SFB 41/FB 41
12、 “CONT_C”6.1.1 简介SFB/FB“CONT_C”（连续控制器）用于使用连续的I/O变量在SIMATIC S7控制系统中控制技术过程。你可以通过参数打开或关闭PID控制器，以此来控制系统。通过参数赋值工具，可以很容易地做到这一点。调用： Start SIMATIC STEP 7 PID Control Parameter Assignment（如图）。在线电子手册，见Start SIMATIC Documentation English STEP 7 PID Control（如图11）。图 116.1.2 应用程序你可以使用控制器作为单独的PID定点控制器或在多循环控制中作为级联控
13、制器、混合控制器和比例控制器使用。控制器的功能基于带有一个模拟信号的采样控制器的PID控制算法，如果必要的话，可以通过脉冲发送器（PULSEGEN）进行扩展，以产生脉冲宽度调制的输出信号，来控制比例执行机构的两个或三个步进控制器。6.1.3 说明除了设定点操作和过程数值操作的功能以外，SFB 41/FB 41(CONT_C)可以使用连续的变量输出和手动影响控制数值选项，来实现一个完整的PID控制器。下面是关于SFB 41/FB 41(CONT_C)详细的子功能说明：6.1.3.1 设定点操作设定点以浮点格式在“SP_INT”端输入。6.1.3.2 实际数值操作过程变量可以在外围设备（I/O）或
14、者浮点数值格式输入。“CRP_IN”功能可以将“PV_PER”外围设备数值转换为一个浮点格式的数值，在 100和+100 % 之间，转换公式如下：CPR_IN 的输出=PV_PER x100 /27648“PV_NORM”功能可以根据下述规则标准化“CRP_IN”的输出：输出PV_NORM = （CPR_IN的输出）x PV_FAC + PV_OFF“PV_FAC”的缺省值为“1”，“PV_OFF”的缺省值为“0”。变量“PV_FAC”和“PV_OFF”为下述公式转化的结果：PV_OFF =（PV_NORM的输出） - （CPR_IN的输出）x PV_FACPV_FAC =（PV_NORM的输
15、出） - PV_OFF）/（CPR_IN 的输出）不必转换为百分比数值。如果设定点为物理确定，实际数值还可以转换为该物理数值。6.1.3.3 负偏差计算设定点和实际数值之间的区别便形成负值偏差。为了抑制由于被控量的量化引起的小的、恒定的振荡（例如使用PULSEGEN进行脉冲宽度调制），在死区将施加一个死区（DEADBAND）。如果DEADB_W = 0，则死区将关闭。6.1.3.4 PID算法PID算法作为一种位置算法进行控制。比例运算、积分运算（INT）和微商运算（DIF）都可并行连接，也可以单独激活或取消。 这就允许组态成P、PI、PD和PID控制器。也可以是纯I和D调节器。6.1.3.5 手动模式可以在手动模
