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1、南阳理工学院本科生毕业设计（论文）S7-300 PLC中FB43 PWM算法开放源程序设计The Design of FB43 PWM Algorithm Open Souce in S7-300 PLC总 计： 35 页表 格： 6 个插 图： 24 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）S7-300 PLC中FB43 PWM算法开放源程序设计The Design of FB43 PWM Algorithm Open Source Design in S7-300 PLC学 院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 老 师： 评
2、阅 老 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of TechnologyS7-300 PLC中FB43 PWM 算法开放源程序设计S7-300 PLC中FB43 PWM算法开放源程序设计自动化专业 摘 要 在温度过程控制中，时间比例输出即PWM是主要的控制方式。S7-300 PLC中有PWM模块FB43，但是源程序不公开。本设计仿照FB43的功能和形式，用梯形图语言自主编写PWM模块。程序结构主要设计了两个循环：一个是内循环，调用周期脉冲个数的循环；另一个是外循环，输出正脉冲个数循环。用自主设计的PWM模块和FB41 PID模块配合进行锅炉温度控制，完全实现了
3、时间比例输出的控制功能。自主设计的源程序加有详细的算法说明和注释，可以作为自动化教学科研的技术资料，也可以代替FB43用于工程控制。关键词 脉宽输出；三级控制；二级控制；手动控制The Design of FB43 PWM Algorithm Open Source Design in S7-300 PLCAutomation Specialty YANG Li-yiAbstract: In the temperature process control, the output of time scale that is PWM is the main control mode. There
4、is module of PWM which is FB43 in S7-300 PLC ,but the source program is not public. This design imitated the function and form of FB43 and programmed the module of PWM independently by the means of Ladder Diagram. This program consists of two loops. One is the inner for loop-the number of pulse in a
5、 period, the other is outside loop-the number of the positive. Independently designed module of PWM acted in concert with the module of FB41 PID to carry through the temperature control of boiler. And it finally realized the time proportioning control. Indecently design has detailed description. It
6、is can be used for education and research of automatics, it also can be used for engineering control take the place of FB43.Key words: Pulse with output; three step signal on; two step signal for bipolar manipulated value on; manual control - I -目 录1 引言11.1 国内外研究现状11.2 课题研究的意义12 西门子中FB43功能13 西门子FB43
7、参数意义23.1输入变量INV23.2周期时间PER_TM23.3最小脉冲时间P_B_TM23.4 比率因子RATIOFAC23.5 三级控制STEP3_ON33.6 二级控制ST2BI_ON33.7 手动控制MAN_ON43.8 正脉冲输入POS_P_ON43.9 负脉冲输入NEG_P_ON53.10 自动同步SYN_ON53.11完全重启动COM_RST53.12 采样时间CYCLE63.13 QPOS_P63.14 QNEG_P63.15 FB43参数简述64 数据处理和转化74.1 数据类型74.2数据的处理75 “仿FB43”算法思想85.1运行模式的参数设置85.2 二级控制器85
8、.3 三级控制器85.4 对FB43时间的理解95.5 脉冲宽度的算法思想解析96 “仿FB43”PWM算法的程序流程图“97 “仿FB43”的建立、调用和设计107.1 背景数据块的建立和调用107.2 功能块“仿FB43”的建立和调用117.3 功能块“仿FB43”的编写127.4 “仿FB43”数据转化方法137.5 “仿FB43”的程序设计137.5.1 程序的初始化137.5.2 手动控制137.5.3 自动控制下的数据类型转化147.5.4 三级控制147.5.5 双极性控制和单极性控制147.5.6 脉冲宽度计算147.5.7 自动同步147.5.8 正脉冲个数计算147.5.9
9、 脉冲输出的控制147.5.10 循环147.5.11 输入变量的接收148 “仿FB43”的功能测试148.1 “仿FB43” PWM 输出效果148.2 “仿FB43”的变量监控159“仿FB43”的性能测试169.1 手动性能测试169.2 “仿FB43”的三级控制性能测试179.3 “仿FB43”的双极性控制性能测试189.4 “仿FB43”的单极性控制性能测试19结束语21参考文献22附录23致谢35- III -1 引言1.1 国内外研究现状FB43 PWM算法模块国外已经研究出来多年，可就是不肯将源程序告知中国同行。例如西门子公司早就在这方面做的比较好。已经充分考虑各种各样的实际
10、情况，充分满足了实际工作需要。国内现在对PWM的开放源程序也一无所知，西门子公司对与前来询问者以商业机密为由拒绝告知源程序。国内的同行只能使用而没有自主研发的机会，可能西门子怕国内仿制能力太强，影响他们在中国的发展。虽然国内有人搞过这方面的研究，但他们的算法还有不少瑕疵。1.2 课题研究的意义PLC是主流的自动化控制器，现在还能广泛用于过程控制1。在温度过程控制中，时间比例输出即PWM是主要的控制方式，主要用到继电器/接触器等执行器。但是继电器/接触器控制动作的启停需要比较复杂的逻辑。西门子Step 7中FB43 PULSGEN算法模块设计完善，具有14 个参数，但是算法源程序不公开，给使用者
11、带来一定的困难。本题目要求仿照西门子Step 7中FB43 算法模块，设计一个相同功能和形式的PWM算法。这种自编的PWM算法具有算法研究和工程实际的双重意义。2 西门子中FB43功能FB43（脉冲发生器）与PID控制器配合使用，用脉冲输出来控制比例执行机构。该功能一般与连续控制器FB41一起使用，用FB43可以构建脉冲宽度调制的二级或三级PID控制器。如图1所示。图 1 FB43与FB41配合作为连续控制器FB43通过调制脉冲宽度，将输入变量INV（即PID控制的输出量LMN）转换为既有恒定周期的脉冲列，该恒定周期用周期时间PER_TM来设置，PER_TM应与CONT_C的采样周期CYCLE
12、相同2。每个周期输出的脉冲宽度与输入变量INV成正比，PER_TM与 FB43的处理周期是不同的，PER_TM是FB43处理周期的若干倍。每个PER_TM周期调用FB43的次数反映了脉冲宽度的精度3。如图2所示。图 2 脉宽调制3 西门子FB43参数意义3.1输入变量INV 模拟调节值被连接到输入参数的输入变量。比如INV的值为40，输出40%的状体为1和60%的状态为0。即在一个周期时间内现输出为1的状态，在输出为0的状态。输入变量INV是一个以%为单位的实型数据4。3.2周期时间PER_TM脉冲调制的周期时间用PER_TM这个参数来输入，这对应于控制器的采样周期，脉冲发生器的采样时间与控制
13、器的采样时间的比率决定了脉冲发生器的控制输出精度。周期时间PER_TM应该与FB41的采样时间CYCLE相等。3.3最小脉冲时间P_B_TM最小脉冲或最小断开时间：一个适当的最小脉冲或最小断开时间P_B_TM可以防止短暂开/关的次数，避免由此而降低开关元件和执行器的工作寿命。所以说最小脉冲周期不是随便设置的，必须根据程序和硬件装备，经过精心调试后才行。如果由输入变量LMN上的小绝对值产生的脉宽小于最小脉冲输出P_B_TM，那么将抑制该值。导致输出直接为零。而对于大的输入值，如果由它产生的脉宽大于(PER_TM -P_B_TM)，则将它设置为100 %或-100 %，即全周期输出5。3.4 比率
14、因子RATIOFAC输入参数“比率因子”可用于改变负脉冲和正脉冲持续时间的比率。比例因子的默认值是1.0。3.5 三级控制STEP3_ON“三步控制开启”输入参数用于激活三步控制模式。在三步控制中，两个输出信号都是有效的。默认值是TRUE。在“三步控制”模式中，驱动信号可以采用三种状态量。根据执行器的状态给输出信号QPOS_P和QNEG_P的二进制值赋值。表1给出了一个温度控制实例。表 1 温度控制信号的状态 执行器输出信号加热关闭冷却QPOS_PTRUEFALSEFALSEQNEG_NFALSEFALSETRUE3.6 二级控制ST2BI_ON双极调节值范围的两步控制开启，通过输入参数“双极调节值的两步控制开启”，可以在“双极调节值的两步控制”和“单极调节值的两步控制”之间进行选择。此时必须设置参数STEP3_ON =FA
