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FB41（CONT_C）基本使用

FB41“CONT_C”用于在SIMATIC S7可編程控制器上，控制帶有連續(xù)輸入和輸出變量的工藝過程。在參數(shù)分配期間，用戶可以激活或取消激活PID控制器的部分功能，如積分凍結(jié)等，以使控制器適合實(shí)際的工藝過程。

FB41“CONT_C”可以將控制器用作PID固定設(shè)定值控制器，或者在多回路控制中用作級(jí)聯(lián)、混合或比率控制器。控制器的功能基于采樣控制器的PID控制算法，采樣控制器帶有一個(gè)模擬信號(hào)；如果需要的話，還可以擴(kuò)展控制器的功能，增加一個(gè)脈沖生成器環(huán)節(jié)，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制的輸出信號(hào)，用于帶有比例執(zhí)行器的兩步或三步控制器。

FB41“CONT_C”必須在OB定時(shí)中斷內(nèi)調(diào)用，并將CYCLE（采樣時(shí)間）管腳的調(diào)用時(shí)間與 OB定時(shí)中斷保持一致，即相等 。

圖1.FB41"CONT_C" 的方框圖

主要參數(shù)

圖2. FB41"CONT_C" 程序塊

注：以TIA Portal V13 SP1為例，該功能塊在STEP 7中的管腳與其相同

表1. FB41"CONT_C" 的輸入?yún)?shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認(rèn)	描述	應(yīng)用
COM_RST	IN	BOOL		FALSE	完全重啟動(dòng)	置位后需手動(dòng)去復(fù)位
MAN_ON	IN	BOOL		TRUE	手/自動(dòng)切換按鈕	MAN_ON: 0:自動(dòng) 1:手動(dòng)
PVPER_ON	IN	BOOL		FALSE	設(shè)定值選擇外設(shè)	PVPER_ON: 0:當(dāng)前值選擇PV_IN 1:當(dāng)前值選擇PV_PER
PV_IN	IN	REAL	-100~100(%)或者 物理值	0.0	過程變量輸入	必須與SP_INT單位一致
PV_PER	IN	WORD		16#0000	外設(shè)過程變量輸入	PIW xxx
SP_INT	IN	REAL	-100~100(%)或者 物理值	0.0	內(nèi)部設(shè)定值
P_SEL	IN	BOOL		TRUE	比例作用激活	P_SEL: 0:關(guān)閉比例作用 1:激活比例作用
I_SEL	IN	BOOL		TRUE	積分作用激活	I_SEL: 0:關(guān)閉積分作用 1:激活積分作用
INT_HOLD	IN	BOOL		FALSE	積分凍結(jié)	凍結(jié)當(dāng)前積分作用 (僅自動(dòng)模式有用)
I_ITL_ON	IN	BOOL		FALSE	積分設(shè)定值	I_ITL_ON: 0:積分作用值由偏差計(jì)算 1:積分作用值為I_ITLVAL
I_ITLVAL	IN	REAL	-100~100(%)	0.0	積分初始值
D_SEL	IN	BOOL		FALSE	微分作用打開	I_SEL: 0:關(guān)閉微分作用 1:激活微分作用
CYCLE	IN	TIME	>=1 ms	T#1s	采樣時(shí)間	建議：與定時(shí)中斷時(shí)間設(shè)置相同
MAN	IN	REAL	-100~100(%)	0.0	手動(dòng)值
GAIN	IN	REAL		2.0	比例因子
TI	IN	TIME	>=CYCLE	T#20s	積分時(shí)間
TD	IN	TIME	>=CYCLE	T#10s	微分時(shí)間
TM_LAG	IN	TIME	〉=CYCLE/2	T#2s	微分作用的時(shí)間延遲	TM_LAG越大，微分作用越小
DEAD_W	IN	REAL	>=0.0	0.0	死區(qū)寬度	SP_INT-DEAD_W<PV_IN<SP_INT+DEAD_W 當(dāng)前值在該范圍內(nèi)，PID輸出保持不變
LMN_HLM	IN	REAL		100.0	調(diào)節(jié)值上限
LMN_LLM	IN	REAL		0.0	調(diào)節(jié)值上限
PV_FAC	IN	REAL		1.0	過程變量因子
PV_OFF	IN	REAL		0.0	過程變量偏移量
LMN_FAC	IN	REAL		1.0	調(diào)節(jié)值因子
LMN_OFF	IN	REAL		0.0	調(diào)節(jié)值偏移量
DISV	IN	REAL	-100~100(%)	0.0	干擾變量

表2. FB41"CONT_C" 的輸出參數(shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認(rèn)	描述	說明
LMN	OUT	REAL		0.0	調(diào)節(jié)值
LMN_PER	OUT	WORD		16#0000	外設(shè)調(diào)節(jié)值	PQW xxx
QLMN_HLM	OUT	BOOL		FALSE	調(diào)節(jié)值上限報(bào)警
QLMN_LLM	OUT	BOOL		FALSE	調(diào)節(jié)值下限報(bào)警
LMN_P	OUT	REAL		0.0	比例分量
LMN_I	OUT	REAL		0.0	積分分量
LMN_D	OUT	REAL		0.0	微分分量
PV	OUT	REAL		0.0	當(dāng)前值輸出
ER	OUT	REAL		0.0	偏差	ER=SP_INT-PV_IN

基本功能

由圖 1 可知，F(xiàn)B41可以分為偏差產(chǎn)生、PID運(yùn)算、PID輸出三部分。

以下為管道壓力控制實(shí)例說明：

升壓時(shí)，閥門開度增加；降壓時(shí)，閥門開度減小。

被控對(duì)象：0-100Kpa （壓力）輸入信號(hào)：4-20mA

設(shè) 定 值 ：60Kpa

執(zhí)行元件：0-100% （閥門）輸出信號(hào)：4-20mA

手/自動(dòng)選擇（MAN_ON）

表3.MAN_ON的選擇

參數(shù)	狀態(tài)	說明
MAN_ON	0	自動(dòng)控制：PID經(jīng)過程序塊計(jì)算輸出
MAN_ON	1	手動(dòng)控制：直接由MAN控制輸出

當(dāng)前值PV_IN與PV_PER的選擇

表4.PVPER_ON的選擇

參數(shù)	狀態(tài)	說明
PVPER_ON	0	PV_IN有效
PVPER_ON	1	PV_PER有效

注：無論當(dāng)前值選擇哪個(gè)管腳，SP_INT必須與其量綱相同

PVPER_ON=0

利用量程轉(zhuǎn)換塊FC105"SCALE"將過程變量轉(zhuǎn)換為實(shí)際工程量

圖3.FC105“SCALE”量程轉(zhuǎn)換塊

注：以TIA Portal V13 SP1為例，該功能塊在STEP 7中的管腳與其相同

表5.FC105“SCALE”參數(shù)引腳

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	描述	說明
IN	IN	INT	輸入	PIW xxx
HI_LIM	IN	REAL	輸出值上限
LO_LIM	IN	REAL	輸出值下限
BIPOLAR	IN	BOOL	極性選擇	BIPOLAR： 0：?jiǎn)螛O性 1：雙極性
RET_VAL	OUT	WORD	錯(cuò)誤信息
OUT	OUT	REAL	輸出

圖4.PVPER_ON=0時(shí)，PV_IN有效

PVPER_ON=1

直接將過程變量輸入到PV_PER管腳，會(huì)按照以下公式進(jìn)行規(guī)格化轉(zhuǎn)換。

公式:PV=(PV_PER*100/27648)*PV_FAC+PV_OFF

默認(rèn)轉(zhuǎn)換為0-100（%）

圖5.PVPER_ON=1時(shí)，PV_PER有效

PID參數(shù)輸入

表6.PID參數(shù)設(shè)定

參數(shù)	描述	說明
GAIN	比例增益	1,GAIN越大，比例作用越大; 2,PID輸出正/反作用由GAIN參數(shù)正負(fù)選擇： +：正作用：輸出增大，偏差減小 -：反作用：輸出減小，偏差減小
TI	積分時(shí)間	TI越大，積分作用越小
TD	微分時(shí)間	TD越大，微分作用越大

PID輸出LMN與LMN_PER選擇

表7.PID輸出管腳

參數(shù)	類型	說明
LMN	REAL	默認(rèn)輸出0-100(%)
LMN_PER	WORD	16#0-16#6C00 (0-27648)

LMN輸出

利用量程轉(zhuǎn)換塊FC106"UNSCALE"將LMN轉(zhuǎn)換為0-27648的工程量

圖6.FC106"UNSCALE"量程轉(zhuǎn)換塊

注：以TIA Portal V13 SP1為例，該功能塊在STEP 7中的管腳與其相同

表8.FC106"UNSCALE"參數(shù)引腳

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	描述	說明
IN	IN	REAL		輸入
HI_LIM	IN	REAL		輸入值上限
LO_LIM	IN	REAL		輸入值下限
BIPOLAR	IN	BOOL		極性選擇	BIPOLAR： 0：?jiǎn)螛O性 1：雙極性
RET_VAL	OUT	WORD		錯(cuò)誤信息
OUT	OUT	INT		輸出

LMN_PER

直接將PQWxxx連接到LMN_PER管腳控制輸出

圖7.FB41"CONT_C"LMN_PER輸出

 

FB43（PULSEGEN）

FB43 “PULSEGEN”用于構(gòu)造一個(gè)PID控制器，以生成脈沖輸出，用于比例執(zhí)行器。還可以配置帶有脈寬調(diào)制的兩步或三步PID控制器，通常與FB41一起使用。

圖1. FB41"CONT_C" 與FB43 “PULSEGEN”

主要參數(shù)

圖2. FB43 “PULSEGEN" 程序塊

注：以TIA Potal V13 SP1為例，該功能塊在STEP 7中的管腳與其相同

表1. FB43 “PULSEGEN" 的輸入?yún)?shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認(rèn)	描述	應(yīng)用
INV	IN	REAL	-100~100(%)	0.0	模擬量輸入	上一級(jí)PID (FB41) 輸出
PER_TM	IN	TIME		T#1s	脈沖周期	上一級(jí)PID (FB41) 周期
P_B_TM	IN	TIME		T#50 ms	最小脈沖開/關(guān)時(shí)間	防止執(zhí)行器頻繁開關(guān)
RATIOFAC	IN	REAL	0.1~10.0	1.0	比率因子	改變正負(fù)脈沖寬度之比
STEP3_ON	IN	BOOL		TRUE	三步控制	激活三步控制，兩個(gè)脈沖輸出都在激活狀態(tài)
ST2BI_ON	IN	BOOL		FALSE	兩步控制
MAN_ON	IN	BOOL		FALSE	手/自動(dòng)切換按鈕	MAN_ON: 0:自動(dòng) 1:手動(dòng)
POS_P_ON	IN	BOOL		FALSE	QPOS_P手動(dòng)輸出
NEG_P_ON	IN	BOOL		FALSE	QNEG_P手動(dòng)輸出
SYS_ON	IN	BOOL		TRUE	周期同步	MAN_ON: 0:不同步 1:同步
COM_RST	IN	BOOL		FALSE	完全重啟動(dòng)
CYCLE	IN	TIME		T#10ms	采樣時(shí)間	FB43 采樣時(shí)間與調(diào)用組織塊相同

表2. FB43 “PULSEGEN" 的輸出參數(shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認(rèn)	描述	說明
QPOS_P	OUT	BOOL		FALSE	正向脈沖
QNEG_P	OUT	BOOL		FALSE	負(fù)向脈沖

表3. FB43 “PULSEGEN" 的靜態(tài)變量

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認(rèn)	描述	說明
siZaehlPer	STATS	INT		0	總脈沖數(shù)	一個(gè)脈沖周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，倒數(shù)計(jì)數(shù)
siZaehlPTm	STATS	INT		0	實(shí)際高電平脈沖數(shù)	一個(gè)脈沖周期內(nèi)的實(shí)際高電平脈沖個(gè)數(shù)，倒數(shù)計(jì)數(shù)

FB43 “PULSEGEN" 的工作模式

脈寬調(diào)制

在每個(gè)周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)，脈沖的持續(xù)時(shí)間和輸入變量成比例。 通過 PER_TM 分配的周期與 PULSEGEN 指令的處理周期不同。 相反，PER_TM 周期由 PULSEGEN 指令的多個(gè)處理周期組成，因此每個(gè) PER_TM 周期中 PULSEGEN 調(diào)用的次數(shù)決定了脈沖寬度的精度。

圖3. FB43 “PULSEGEN" 脈寬調(diào)制

調(diào)節(jié)值的精度

由上圖可見:

“采樣比率”為 1:10（CONT_C 調(diào)用與 PULSEGEN 調(diào)用之比）時(shí)，此示例中的調(diào)節(jié)值精度將限制為 10%，換言之，只能在輸出 QPOS_P 以 10% 為步長(zhǎng)的脈沖持續(xù)時(shí)間對(duì)設(shè)置的輸入值 INV 進(jìn)行模擬。

精度將隨每次 CONT_C 調(diào)用中 PULSEGEN 調(diào)用的次數(shù)的增加而提高。

例如，如果調(diào)用 PULSEGEN 的頻率是調(diào)用 CONT_C 頻率的 100 倍，則獲得的操作值范圍的精度為 1%。

自動(dòng)同步

可以使脈沖輸出與更新輸入變量 INV 的指令（例如 CONT_C）自動(dòng)同步。 這樣可以確保盡快將輸入變量的變化輸出為脈沖。

脈沖執(zhí)行器以對(duì)應(yīng)周期持續(xù)時(shí)間 PER_TM 的時(shí)間間隔評(píng)估輸入值 INV，并將該值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)長(zhǎng)度的脈沖信號(hào)。

由于通常以較慢的循環(huán)中斷等級(jí)計(jì)算 INV，因此在 INV 更新之后，脈沖執(zhí)行器應(yīng)盡快開始將離散值轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)。

為此，塊可以使用以下步驟來與周期的起始點(diǎn)同步：

如果 INV 發(fā)生變化，且塊調(diào)用不在周期的第一個(gè)或最后兩個(gè)調(diào)用循環(huán)中，則執(zhí)行同步。 脈沖持續(xù)時(shí)間將重新計(jì)算，并在下一個(gè)循環(huán)與新周期一起輸出。

圖4. FB43 “PULSEGEN" 自動(dòng)同步

如果 SYN_ON = FALSE，自動(dòng)同步將關(guān)閉。

 

 

TIA V13 SP1與 STEP 7 V5.5控制面板對(duì)比

FB41“CONT_C” STEP 7 V5.5 控制面板

FB41“CONT_C” TIA V13 SP1控制面板

FB58 “TCONT_CP“ STEP 7 V5.5 控制面板

FB58 “TCONT_CP“ TIA V13 SP1控制面板

FB41“CONT_C” STEP 7 V5.5 控制面板

打開路徑如下:

圖1. STEP 7 V5.5PID 控制面板路徑

打開軟件后，找到需要調(diào)試的項(xiàng)目及背景數(shù)據(jù)塊

圖2. STEP 7 V5.5 PID程序調(diào)試路徑

1. 打開項(xiàng)目;

2. 找到需要調(diào)試的項(xiàng)目;

3. 打開程序塊;

4. 選擇在線"on line";

5. 選擇FB41“CONT_C”的背景數(shù)據(jù)塊

圖3. STEP 7 V5.5 PID控制面板

1, Process Variable:過程量(反饋)處理

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
internal	PVPER_ON	PVPER_ON=0
I/O		PVPER_ON=1
Normalization factor	PV_FAC	過程變量因子
Normalization offset	PV_OFF	過程變量偏移量

2，PID Parameters:PID參數(shù)

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Proportional	GAIN	比例
Reset Time	TI	積分
Initial Value	I_ITLVAL	積分初始值
Derivative	TD	微分
Integral Action Hold	INT_HOLD	積分保持
Delay time	TM_LAG	微分延遲

注:勾選項(xiàng)為是否激活該功能

3，Manipulated Variable:手/自動(dòng)選擇及PID輸出控制

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Automatic Operation	MAN_ON	MAN_ON=0
Manual Operation		MAN_ON=1
Upper Limit	LMN_HLM	調(diào)節(jié)值上限
Lower Limit	LMN_LLM	調(diào)節(jié)值下限
Normalization factor	LMN_FAC	調(diào)節(jié)值因子
Normalization offset	LMC_OFF	調(diào)節(jié)值偏移量

4，Dead Band: 死區(qū)

Dead Band Width:DEAD_W(死區(qū)寬度)

STEP 7 V5.5 的PID 控制面板可提供曲線監(jiān)控，如下圖所示

圖4. 控制面板曲線

1，打開曲線

2，選擇曲線:可選擇設(shè)定值、反饋值、輸出等等(如下圖)

3，啟動(dòng)曲線

圖5. 曲線選擇

FB41“CONT_C” TIA V13 SP1控制面板

相比較STEP 7 V5.5，TIA V13 SP1的控制面板相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由組態(tài)與調(diào)試兩個(gè)部分構(gòu)成：

圖6. TIA V13 SP1調(diào)試路徑

雙擊組態(tài)進(jìn)入調(diào)試界面

圖7. 過程變量控制

圖8. PID參數(shù)設(shè)置

圖9. PID輸出控制

圖10. PID 調(diào)試面板

FB58 “TCONT_CP“ STEP 7 V5.5 控制面板

打開路徑如下:

圖11. FB58 “TCONT_CP“ 控制面板路徑

圖12. FB58 “TCONT_CP“ 控制面板

1，采樣時(shí)間與死區(qū)

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Controller_sampling	CYCLE	采樣時(shí)間
Dead band b	DEAD_W	死區(qū)

2，Process Value：過程量(反饋)處理

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Active I/O	PVPER_ON	PVPER_ON=0
I/O mode		PVPER_ON=1
Standard	PER_MODE	PER_MODE=0
Climatic		PER_MODE=1
Current/voltage		PER_MODE=2
Factor	PV_FAC	過程變量因子
Offset	PV_OFFS	過程變量偏移量

注：勾選復(fù)選框表示PVPER_ON=1

3，PID Parameters：PID參數(shù)

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Proportional gain	GAIN	比例
Integral time	TI	積分
Derivative time	TD	微分
Initialize integral b	I_ITL_ON	積分設(shè)定使能
Factor for setpoint change	PFAC_SP	設(shè)定值比例因子
Derivative factor	D_F	微分因子
Initial value	I_ITLVAL	積分初始值

4，Control Zone：控制帶

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Enable	CONZ_ON	控制帶使能
Width	CON_ZONE	控制帶寬度

注：勾選復(fù)選框表示CONZ_ON=1

5，Manipulated Variable：PID輸出控制

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Upper limit	LMN_HLM	調(diào)節(jié)值上限
Lower limit	LMN_LLM	調(diào)節(jié)值下限
Factor	LMN_FAC	調(diào)節(jié)值因子
Offset	LMN_OFFS	調(diào)節(jié)值偏移量

6，Pulse Generator：脈沖發(fā)生器

名稱	對(duì)應(yīng)變量	備注
Enable	PULSE_ON	激活脈沖功能
Sampling time	CYCLE_P	脈沖整形器作用的采樣時(shí)間
Minimum pulse/break time	P_B_TM	最小脈沖/中斷時(shí)間
Period	PER_TM	周期時(shí)間

注：勾選復(fù)選框表示PULSE_ON=1

FB58"TCONT_CP"自整定控制面板操作參看自整定章節(jié)

FB58 “TCONT_CP“ TIA V13 SP1控制面板

相比較STEP 7 V5.5，TIA V13 SP1的控制面板相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由組態(tài)與調(diào)試兩個(gè)部分構(gòu)成：

圖13. 過程變量控制

圖14. PID參數(shù)設(shè)置

圖15. PID輸出控制

圖16. 調(diào)試面板

長(zhǎng)沙  西門子  6ES7317-2EK14-0AB0