西门子S7-300 PLC及工业网络基础应用-PID.docx

用Step7中SFB41/FB41,SFB42/FB42,SFB43/FB43实现PID控制S1.CA&DCSMay20041 概述31.1 应用31.2 拄制系统分析42 PID系统控制卷的选择72.1 连续控制器、开关控制器72.2 固定值控制器82.3 级联控制器82.4 混合控制器82.5 比例控制器92.5.1 单循环比例控制器92.5.2 多循环比例控制器92.6 二级控制器102.7 三级控制器103 布线103.1 布线规则103.1.1 座电缆103.1.2 屏蔽*接元件103.1.3 警告103.1.4 其它信息104参数赋值工具介绍111.1 调试PID叁数的用户界面111.2 获取在线帮助的途径125 在用户S/T中实现125.1 调用功能块125.2 背景数据块135.3 Wr结构136 功能块介绍136.1 连续调节功能SFB41/FB41*,CONTC''136.1.1 简介136.1.2 应用146.1.3 说明146.2 城控制功能SFB42/FB42"CONT_S”266.2.1 倚介266.2.2 应用程序266.2.3 说明276.3 脉冲宽度调制器SFB43/FB43"PU1.SEGEN"366.3.1 倚介366.3.2 应用程序366.3.3 说明367功能块举例491概述本文中所讨论的功能块(SFB41/FB41,SFB42FB42,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PU1.SEGEN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). SFB41FB41(C0NT_C).连续控制方式： SFB42FB42(C0NT_S),步进控制I方式： SFB431'FB43(PU1.SEGEN).脓冲宽度调制器：注意：SFB4V42,43.与FB41/42/43数容，可以用于CPU313C、CPU313C-2DP/PTP4CPU314C-2DP/PTP中.1.1应用借助于由你组态大武模块蛆成的控制器，可以完成带有PID舞法的实际控制涔，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,必须在控制器的数玳和控制器所需要执行频率之间找到一个折衷方案。连接的捽制电路越快，所安装的捽制器数量越少,则每个图3mfrtotheorroif>ou!图42PlD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r获得良好的控制效果，你必须选挣最适用的系统捽制器.2.1 连缥控制器、开关控制部连续控制器，输出一个线性（模以）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0固定位控制,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推，过程偏差的控制.2. 3级联控制器级联控制着,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程变值加以改进,为此，可以为主控制变仇添加一个辅助过程变的PV2（主控制器SP2的输出）。主控制器可以将过程变量PVl施加给设定点SP1,并且“以调整SP2,以便尽可能快地到达目标,而没有过调节.（如图5）2.4 混合控制器混合控制涔是指根据每个被控组件所.而要的设定点总数瑞，来计算总SP数成的一种控制结构,在此，混合系数FAC的和必纫为"'4（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”里要的场合。（例如，速度控制）.（如图7）图72.5.2 多循环比例控制器对干多循环比例控制,两个过程变量PVI和PV2之比保持为常数.因此，可以使用笫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.时于过程变itPV1的动态变化，也可以保证保持特定的比例.<如图8>图82.6 二皴控制器一个二级控制器只能采集两个输出状态（例如I，开和关）.典型的控制为：一个加热的系统，通过继电涔输出的脉冲宽度调制"2.7 三级控制器一个三级控制岩只能采集到三个具体的输出状态.我们需要区分：“脓冲宽度谓制”（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布线对于没有生成的I/O控制岩,你必须使用附加的VO模块.3.1 布线规则3.1.1 连接电缆 对于数字I，。，如果线路有100米长，必须使用屏蔽电缆： 电缆屏裁时必须在两端进行接地： 软电缆的截面积选择0.251.5mm2； 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（DIN46228,ShapeA,Shortversion）: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：必缅在断电情况下时组件进行接线；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战，会有触电危降！3.1.4 其它信息其他注意卵项可参见手册”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“PID参数设置-工具，可以很方便的调试功能块SFB41FB41.SFB42/FB42的参数（背景数据块>.4.1 调试PID«的用户界面在WindoWS操作系统中，调用“调试PlD参数用户界面”的操作过程如下：Start>SIMATIC>STEP7>PIDControlParameterAssignment<如图9.霓nw5rowx11*1l*4*H<>:ll番lnll。尹志Mg2tto.DtreKMS7MCrB5G>rt9fSM1.rwertOMaQvvwyiqZ11mCar/MAcnCerMUO.m,B今夕5W«圻2XMwvCvrfFwMaNfwAMQvertEPMsm<<m-*wrur<M<<PACsaM鼻11z*Kfk图9在最开始的对话框中,你既可以打开一个已经存在的FB41SFB41"CONT_C”或者FB42SFB42"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FB41SFB41*CONT-C,««-FB42SFB42UCONT_S,作为背景数据块，（如图10）1.MN三INV=WOCYC1.EofPU1.SEGEN-CYC1.EofCONT.CA循环周期起点周期起点的同步pulsegen检测到：inv发生了变化而H块调用不是在初或最后的前次块悯用之阊.PU1.SEGeN检葩到：INV变化了60.0或50.0而H供源用是在初或最后的四次块调用之间.1.MN=INV三30.01.MN=IMV=80.0IAfTCONT-C:执行CONT.C执行PU1.SEGEN是在最初或最后的两次块再用之间图19自动同步可以根据“SYN_ON”(=FA1.SE)愉入关闭.注意在一个周期的开始，NNV"(即1.MN)的先前数值的映像将被或多或少的混合到脉冲信号中。6.3.3.5 PID控制器输出工作模式根据脓冲发生器所赋值的参数，可以将PID调节器组态成具有一个三级输出或者一个两向或单向的两极输出PID控制渊”下表所示为可能模式的开关组合设置：模式MAN_ONSTEP3_ONST2BI_ON三级调节FA1.SETRUEANY两级调节.带双向调行区(TOO%+100%)FA1.SEFA1.SETRUE两级调节，带单向调节区0.+100%)FA1.SEFA1.SEFA1.SE手动模式TRUEANYANY6.3.3.5.1 三破控制在“三级拄制”模式下，可以生成控制信号的三种状态.二进制输出信号"QPOS_P”和tQNEG-P"的数值可以赋值给执行机构的状态，下表所示为一个温度控制的例子：物出信号加热执行IS关闭QPOS_PTRUEF1.ASEF1.ASEQNEG_PF1.ASEF1.ASETRUE根据输入变fit,使用一个特性曲线可以计算脓冲宽度.特性曲线的形状取决于最小脉冲时间或最大中断时间和比例系数。比例系数的正常值为“1”.曲线中的“拐点”是由于最小脉冲时间或地小中断时间造成的。量小脉冲或，小间隔时间正确赋值最小脉冲或最小中断时间“P_B_TM”，可以防止短促的开断时间，降低开关元件和执行机构的使用好命。注意否则，会删除可以牛.成一个短丁“P_B_TM”脓冲宽度的输入变量“1.MN”的较小绝对值。可以生成脉冲宽度大干"PER_TM-P_B_TM”的较大输入值俄设置为100%或-100%.正脉冲宽度和负脉冲宽度可以根据输入变附（冷位）和周期时间相乘进行计算，脓冲周期=NV/100×PERTM下图（如图20所示为一个三级控制器的系统曲线（比例系数=I）：连接打开图20使用比例系数“RATIOFAC"，可以改变正脉冲宽度和负脉冲宽度之比.例如,对于热处理.这可用于使用不同的时间常数加热和冷却执行机构.比例系数也会影响最小脓冲，暂停周期，比例系数V1总总是指仇脑冲的阈值乘以比例系数。比例系数Vl通过粕入数旗乘以脓冲周期所说算的比例系数,可以减少负财冲输出的脉冲周期。正脉冲周期=INV/100×PER_TM负脓冲周期=INV/100XPEF1.TMXRATIOFAC下图如图21所示为一个三破控制器的系统曲线（比例系数=05）：正收冲寂,宣图21比例系数1通过输入数值狭以脉冲周期所计算的比例系数,可以减少正脓冲输出的脉冲周期.负脉冲周期INV100XPER_TM正脓冲周期=INV/100XPERT/RATIOFAC6.3.3.5.2 二锻控制对于二级控制,只能将PU1.SEGEN的正脉冲输出“QPOS_P”连接到K)执行机构。根据所使用的受控数值范围，二级控制器可以有一个双极或单极受控数值范围.6.33.5.2.1两fiHl节，带双向调节区(-100%+100%)图226.3.3.5.2.2两锻调节，带单向调节区(0.+l()0%)PERTMPER_TM-P_B_TM正脓冲宽度A0.0%100.0%图23如果控制循环中二或控制器的连接需要一个执行脉冲的逻辑转换二进制信号，可以在“QNEG_P”将输出信号进行“非”运算。脉冲执行机构打开执行机构关闭QPOS_PTRUEFA1.SEQNEG_PFA1.SETRUE6.3.3.5.3 二级控制或三级控制中的手动模式在手动模式MAN_ON=TRUE),三级控制器或二级控制器的二道制输出“以使用信号“POS_P_ONr和“neG_P_ON”以及“INV”进行设跟。POSPONNEGPONQPOS_PQNEG_P三级辑节FA1.SEFA1.SEFA1.SEFA1.SETUREFA1.SETRUEFA1.SEFA1.SETRUEFA1.SETRUETRUETRUEFA1.SEFA1.SE二独辑节FA1.SEAnyFA1.SETRUETRUEAnyTRUEFA1.SE6.3.3.6 初始化SFBPU1.SGEN"有一个初始化程序，可以在输入参数COM_RST-TRUEK(时运行.所有信号都被设置为“0”.6.3.3.7 出错信息故隙输出参数RETVA1.不使用.6.33.8输入参数SFB43/FB43,'P1.SEGEN”（如图24）QFMrlr«<t入C10ffrnWr4>g1/川和4H9”AO.W-目RTEg>>a>mII4me.©MbMAcf心E.JO-mv5Q3B图24卜表列出SFB43/FB43"PU1.SEGEN”箱入参数的说明:序号参数数据类型数值范围缺省说明1INVREA1.-100.0.100.0(%)0.0INPUTVARIAB1.E（输入变俄）模拟受控理:连接到输入参数“输入变量” 对于RATloFAC<1的三级控制 对于RATIOFAC>1的三线控制 对于双极二级控制 时于多极二镒控制2PER_TMTIME>=20,CYC1.ET#1sPERIODTIME（周期时间）脉冲宽度调制的恒定周期可以使用该输入参数输入，这相当于aCONTC"控制器的采样时间。脉冲发生器的采样时间和-CONTC"控制岩的采样时间之比决定了脉冲宽度调制的精度.3P_B_TMTIME>=CYC1.ET#OmsMINIMUMpulse/breaktime（最小脉冲/间隔时间）最小脓冲时间或最小中断时间可以使用输入参数“最小脉冲/间隔时间”煦心4RatiofacREA1.0.1.10.01.0RATIOFACTOR（比例系数输入参数“比例系数”可以用于改变正脓冲宽度和负脉冲宽度之比。例如，在热处理中，这可用于补偿加热和冷却的不同时间常数（例如，电加热和水冷过程.5STEP3,0NBOO1.TRUETHREESTEPCONTRO1.ON（三级询节接通）该输入参数激活“三级调解".在三级调节中，两跖输出信号都被激活。6ST2BIONBOO1.FA1.SETWOSTEPCONTRO1.FORBIPO1.ARMANIPU1.ATEDVA1.UERANGEON两极调节双向受控t范围接通，用于双极受控数值范围打开的二级控制.你可以在“双极受控数值”和“多极受控数依苑围的二级控制”模式之间选择.此时.STEP3_0N=FA1.SE.7MANONBOO1.FA1.SEMANUA1.MODEON（手动模式接通）通过班置该输入参数，可以手动设置输出信号8POS_P_ONBOO1.FA1.SEPOSITIVEPU1.SEON（正脉冲接通）在三线控制的手动模式中.输出信号mQPOSP可以使用该愉人参数进行控制.在二级控制的手动模式中，uQNEG.P,必须设置为-QPOS-Pr,相反.9NEG_P_ONBOO1.FA1.SENEGATIVEPU1.SEON（负脓冲接通）在三线控制的手动模式中，输出信号“QNEG_P”可以使用该输入参数进行控制。在二级控制的手动模式中，“QNEG_P”必须设置为uQPOS,P"相反。10SYNONBOO1.TRUESYNCHRONIZATIONON（同步接通）通过设设该输入参数，可以自动与刷新输入变fit,NV的块进行同步操作，这可保证输入变境中的一个变化可以尽Ur能快地输出为一个脉冲.11COM_RSTBOO1.FA1.SECOMP1.ETERESTART（完全再起动）。该块有一个初始化程序，可以在输入参数COM_RST区位时运行.12CYC1.ETIME>=1msT#IOmSSAMP1.INGTIME（采样时间）块调用之间的时间必须恒定。该归入参数规定了块调用之间的时间。输入多数的数值在块中没有限制;没有参数检fh6.3.3.9输出参数下表列出Sfb43/FB43pulsegen,输出卷数的说明:序号参数数据类型数值范围缺省说明1QPOS_PBOO1.FA1.SEOUTPUTPOSITIVEPU1.SE（输出正脓冲）如果有脉冲输出,输出参数“输出正脉冲”被胜位。在三级调节中总是正脓冲输出.在两级调节中，QNEG_P总是与QPOS_P反向。2QNEG_PBOO1.FA1.SEOUTPUTNEGATIVEPU1.SE（输出负脉冲）如果有脉冲输出,输出参数“输出负脉冲”被置位.在三级调节中总是负脉冲输出.在两级调节中，QNEG_P总是与QPQS-P反向.7功能块举例你可以从网上下载。项目由几个具有不同应杂程度和目标点的注择S7程序组成.http'www4.ad.siemens.de.,WW,'viewn16532187