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FB42 “CONT_S” & FB59 “TCONT_S”

FB42 “CONT_S” 為PI步進控制器，可以用作PI固定設定值控制器；也可以用于級聯(lián)、混合或比率控制器中的次級控制器，但是不能當做主控制器使用。

圖1. FB42 “CONT_S” 方框圖

FB59 “TCONT_S” 為步進溫度控制器。過程值PV_PER與FB58類似，支持溫度信號輸入。用于形成偏差的設定值和過程值必須具有相同的單位。

 

圖2. FB59 “TCONT_S” 方框圖

主要參數(shù)

圖3. FB42 “CONT_S” 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.FB42 “CONT_S” 的輸入?yún)?shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認	描述	應用
COM_RST	IN	BOOL		FALSE	完全重啟動
LMNR_HS	IN	BOOL		FALSE	上限位
LMNR_LS	IN	BOOL		FALSE	下限位
LMNS_ON	IN	BOOL		TRUE	手/自動選擇	LMNS_ON: 0:自動 1:手動
LMNUP	IN	BOOL		FALSE	QLMNUP手動輸出
LMNDN	IN	BOOL		FALSE	QLMNDN手動輸出
PVPER_ON	IN	BOOL		FALSE	當前值選擇	PVPER_ON: 0:PV_IN 有效 1:PVPER 有效
CYCLE	IN	TIME	CYCLE >= 1ms	T#1S	采樣時間
SP_INT	IN	REAL		0.0	設定值
PV_IN	IN	REAL		0.0	過程變量輸入
PV_PER	IN	WORD		W#16#0000	外設過程變量輸入
GAIN	IN	REAL		2.0	比例
TI	IN	TIME	TI >= CYCLE	T#20s	積分
DEADB_W	IN	REAL			死區(qū)
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
PULSE_TM	IN	TIME	PULSE_TM >= CYCLE	T#3s	最小脈沖時間
BREAK_TM	IN	TIME	BREAK_TM >= CYCLE	T#3s	最短中斷時間
MTR_TM	IN	TIME	MTR_TM >= CYCLE	T#30s	周期時間	從LMNR_LS運行到LMNR_HS的時間
DISV	IN	REAL		0.0	干擾變量

表2. FB42 “CONT_S” 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	描述	說明
QLMNUP	OUT	BOOL		FALSE	正向脈沖
QLMNDN	OUT	BOOL		FALSE	負向脈沖
PV	OUT	REAL		0.0	當前值輸出
ER	OUT	REAL		0.0	偏差

表3. FB42 “CONT_S” 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	描述	說明
LMNRS_ON	STATS	BOOL		FALSE	虛擬位置反饋輸出開關	一個脈沖周期內的脈沖個數(shù)，倒數(shù)計數(shù)
LMNRSVAL	STATS	REAL		0	虛擬位置反饋輸出量程	0~100%
LMNR_SIM	STATS	REAL		0.0	虛擬位置反饋輸出
stImpDauer	STATS	TIME		T#0MS	最小脈沖時間當前值
stImpDauer	STATS	TIME		T#0MS	最短中斷時間當前值

圖4. FB59 “TCONT_S” 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4. FB59 “TCONT_S” 的輸入?yún)?shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認	描述	應用
CYCLE	IN	TIME	CYCLE >= 1ms	T#1S	采樣時間
SP_INT	IN	REAL		0.0	設定值
PV_IN	IN	REAL		0.0	過程變量輸入
PV_PER	IN	INT		0	外設過程變量輸入
DISV	IN	REAL		0.0	干擾變量
LMNR_HS	IN	BOOL		FALSE	上限位
LMNR_LS	IN	BOOL		FALSE	下限位
LMNS_ON	IN	BOOL		TRUE	手/自動選擇	LMNS_ON: 0:自動 1:手動
LMNUP	IN	BOOL		FALSE	QLMNUP手動輸出
LMNDN	IN	BOOL		FALSE	QLMNDN手動輸出
COM_RST	IN	BOOL		FALSE	完全重啟動

表5. FB59 “TCONT_S” 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	描述	說明
QLMNUP	OUT	BOOL		FALSE	正向脈沖
QLMNDN	OUT	BOOL		FALSE	負向脈沖
PV	OUT	REAL		0.0	當前值輸出
ER	OUT	REAL		0.0	偏差

表6. FB59 “TCONT_S” 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	描述	應用
PV_FAC	STATS	REAL		1.0	過程變量因子
PV_OFFS	STATS	REAL		0.0	過程變量偏移量
DEADB_W	STATS	REAL		0.0	死區(qū)
PFAC_SP	STATS	REAL		1.0	設定值比例因子
GAIN	STATS	REAL		2.0	比例
TI	STATS	REAL	TI >= CYCLE	40.0s	積分
MTR_TM	STATS	REAL	MTR_TM >= CYCLE	30.0s	周期時間	從LMNR_LS運行到LMNR_HS的時間
PULSE_TM	STATS	REAL	PULSE_TM >= CYCLE	0.0s	最小脈沖時間
BREAK_TM	STATS	REAL	BREAK_TM >= CYCLE	0.0s	最短中斷時間
PER_MODE	STATS	INT		0	輸入模式選擇	可使用此開關輸入 I/O 模塊的類型。 然后，在 PV 輸出中對輸入 PV_PER 中的過程值進行如下標定： PER_MODE = 0：熱電偶；PT100/NI100；標準 PV_PER * 0.1 單位： °C，°F PER_MODE = 1：PT100/NI100；氣候型 PV_PER * 0.01 單位： °C，°F PER_MODE = 2：電流/電壓 PV_PER * 100/27648 單位： %
PVPER_ON	STATS	BOOL		FALSE	當前值選擇	PVPER_ON: 0:PV_IN 有效 1:PVPER 有效

FB42 “CONT_S” 與 FB59 “TCONT_S”的工作模式

單獨調節(jié) ：根據(jù)設定值與當前值的偏差，按照設定好的比例、積分、微分參數(shù)進行控制

串級調節(jié)：如下圖所示

 

FB58高級功能

FB58 “TCONT_CP“與FB41“CONT_C”相比增加了如表1.所示的功能，本文將以表1.為引導，逐一描述

表1. FB58 “TCONT_CP“與FB41“CONT_C”功能對比

	FB41	FB58
過程I/O處理	√	增加PER_MODE
設定值弱化	-	√
積分保持	√	增加正/反向保持
控制帶	-	√
自整定	-	√
參數(shù)裝載/保存/重載	-	√
PWM	-	√
無擾切換	手動→自動	√

注：過程I/O已經(jīng)在前面的文檔里描述，故不再重復

設定值弱化PFAC_SP

PFAC_SP=1.0 設定值發(fā)生變化，比例作用發(fā)揮全部作用；

PFAC_SP=0.0 設定值發(fā)生變化，比例作用不發(fā)揮任何作用。

圖1. FB58 “TCONT_CP“: PFAC_SP=1.0

圖2. FB58 “TCONT_CP“: PFAC_SP=0.0

積分保持

FB58 “TCONT_CP“積分保持增加了正/反向積分保持功能

正向積分保持：ER>0,積分作用凍結

反向積分保持：ER<0,積分作用凍結

表2.積分保持

	INT_HPOS	INT_HNEG
正向保持	1	0
反向保持	0	1
積分保持	1	1

下圖由WINCC截取各個積分保持的曲線：

黑色(SP)：設定值

紅色(PV)：當前值

藍色(OUT)：PID輸出

粉色(I)：積分分量

圖3.正向積分保持

圖4. 反向積分保持

圖5.積分保持

控制帶CON_ZONE

溫度控制回路是一個有明顯滯后特性的對象，這給實際的調節(jié)過程帶來了很多的問題，最顯著的困難就是在過程值偏離設定值較大時，調節(jié)過程過于緩慢，而在接近設定值時容易出現(xiàn)較大的超調。
從上述的兩個問題出發(fā)，PID應該滿足這樣的功能：

1，在偏差超過一定的范圍時，PID輸出最大或者最小的調節(jié)量，讓溫度值快速回到一個小的范圍中，以縮短回路的調節(jié)時間；

2，在設定值附近時，越靠近調節(jié)量變化越小，以防止超調。

圖6，控制帶

由上圖可見：

1，PV>SP_INT+CONE_ZONE; LMN=LMN_LLM

2，PV<SP_INT+CONE_ZONE; LMN=LMN_HLM

3，.SP_INT-CON_ZONE < PV < SP_INT+CON_ZONE; LMN=LMN_sum

下圖由WINCC截取死區(qū)的控制曲線：

黑色(SP)：設定值

紅色(PV)：當前值

藍色(OUT)：PID輸出

粉色(I)：積分分量

圖7. 控制帶控制方式

自整定

FB58 “TCONT_CP“功能塊自帶自整定功能。

自整定有如下幾種整定方式：

1，使用設定值階躍變化，通過逼近工作點來實現(xiàn)整定；

2，通過設置一個起始位，在工作點上進行整定；

注: 以上兩種方式均可在控制面板或程序內實現(xiàn)。

自整定可整定如下參數(shù)：

1,PFAC_SP;

2,比例參數(shù)GAIN;

3,積分時間TI;

4,微分時間TD;(僅PID參數(shù)整定)

5,微分因子D_F;

6,控制帶開/關CONZ_ON=1;(僅PID參數(shù)整定)

7,控制帶寬度CON_ZONE;(僅PID參數(shù)整定)

通過控制面板自整定

如下圖示所，通過面板做自整定:

注: 以STEP 7 V5.5為例

圖8. 自整定控制面板

圖9. 自整定介紹. 單擊Next，下一步

圖10 .整定控制器參數(shù)選擇 . 單擊Next，下一步

a. PID參數(shù)整定，包含控制帶及微分參數(shù);

b.PI參數(shù)整定 ，不包含控制帶及微分參數(shù).

圖11. 自整定激勵方式 . 單擊Next，下一步

a. 使用設定值階躍變化，通過逼近工作點來實現(xiàn)整定；

b. 通過設置一個起始位，在工作點上進行整定.

圖12. 過程激勵. 單擊Next，下一步

a. 設定值

1，當在上一步選擇"Tune at the operating point by setting a start bit", 無法修改；

2，當在上一步選擇"Tune by approaching the operating point with a setpoint step change",可修改設定值階躍值.

b，輸出值階躍(TUN_DLMN):

當進行整定后進入PHASE 2，LMN=LMN0+TUN_DLMN （為階躍值）.

圖13. 自整定結果

a，整定結果

b，控制器類型

通過程序塊自整定

同樣也可以通過程序塊進行自整定，步驟如下：

1.設置TUN_ON=TURE，準備整定控制器?？刂破鲝碾A段0切換到階段1。

2.在階段1中等待一段時間后，在SP_INT參數(shù)設置一個設定值階躍變化，或者設置TUN_ST=TURE?？刂破鬏敵鲆粋€由數(shù)值TUN_DLMN改變了的可調節(jié)變量，然后開始搜索拐點。

設定值階躍自整定方式

由WINCC截圖可看設定值階躍自整定:

設定值(SP):紅色

反 饋 (PV):綠色

輸 出 (LMN):深藍色

自整定整定階段(PHASE):淺藍色

自整定啟動(TUN_ON):紫色

整定結果(STAUTS_H):黃色

圖14. 設定值階躍自整定方式

工作點自整定方式

由WINCC截圖可看設定值階躍自整定:

設定值(SP):紅色

反 饋 (PV):綠色

輸 出 (LMN):深藍色

自整定整定階段(PHASE):淺藍色

自整定啟動(TUN_ON):紫色

整定結果(STAUTS_H):黃色

圖15. 工作點自整定方式

自整定過程PHASE

由以上兩圖可知,當激活自整定后，主要有4個階段:

PHASE 1:TUN_ON=TRUE,進入PHASE 1 LMN當前值寫入.DBD220(LMN0);

PHASE 2:由SP_INT的階躍變化或TUN_ST觸發(fā)整定，進入PHASE 2，搜索拐點LMN=LMN0+TUN_DLMN;

PHASE 3~5:參數(shù)整定，當PV值超過了SP值階躍變化的75%，整定結束。始終以自動方式啟動，并且LMN=LMN0+0.75*TUN_DLMN（即使整定前處于手動模式）

PHASE 7:檢查過程類型

注意事項:

1,設定值階躍和TUN_DLMN必須合適匹配，如果TUN_DLMN太高，設定值階躍變化的75%范圍內找不到拐點；

2,TUN_DLMN必須足夠高，以便過程變量可以至少達到設定值階躍變化的22%，否則可能會一直停留在PHASE 2。

自整定出錯狀態(tài)和糾正方法

圖16. 自整定常見問題

注意:

1,同時置位TUN_ON和TUN_ST，系統(tǒng)始終處于PHASE1，無法啟動自整定;

2,當有效的TUN_DLMN<5%時（階段1結束），STATUS_H=30002，整定被終止;

3,采樣時間CYCLE和CYCLE_P之間的差值超過了5%， STATUS_H=30005，整定被終止。

 

FB58（TCONT_CP）

功 能：FB58 “TCONT_CP“ 針對溫度控制過程而設計（也可應用于其他控制過程），可實現(xiàn)連續(xù)調節(jié)及比例調節(jié)元件的兩級調節(jié)。

輸出類型：模擬量輸出或PWM輸出可選。

應用領域：特別適用于溫度控制過程，可選 PI 或 PID 控制方式。適用于帶自整定功能的回路。

特 點：具備溫度信號轉換的功能，帶自整定功能，同時具備模擬量輸出和PWM輸出方式，兩步控制方式，比例作用可弱化，控制帶功能。

圖1.FB58"TCONT_CP" 的方框圖

主要參數(shù)

圖2. FB58"TCONT_CP"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. FB58"TCONT_CP" 的輸入?yún)?shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認	描述	應用
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	INT		0	外設過程變量輸入	PIW xxx
DISV	IN	REAL	-100~100(%)	0.0	干擾變量
INT_HPOS	IN	BOOL		FLASE	積分作用的輸出可在正向保持	必須與SP_INT單位一致
INT_HNEG	IN	BOOL		FLASE	積分作用的輸出可在負向保持
SELECT	IN	INT		0	模式選擇	如果脈沖整形器開啟，則有幾種方法可以調用 PID 算法和脈沖整形器： SELECT = 0：以快速循環(huán)中斷優(yōu)先級等級調用控制器，處理 PID 算法和脈沖整形器。 SELECT = 1：在 OB1 中調用控制器，僅處理 PID 算法。 SELECT = 2：以快速循環(huán)中斷優(yōu)先級等級調用控制器，僅處理脈沖整形器。 SELECT = 3：以慢速循環(huán)中斷優(yōu)先級等級調用控制器，僅處理 PID 算法。

表2. FB58"TCONT_CP" 的輸入輸出參數(shù)

參數(shù)	變量類型	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認	描述	應用
CYCLE	IN/OUT	REAL		0.1(s)	采樣時間
CYCLE_P	IN/OUT	REAL		0.02(s)	脈沖整形器作用的采樣時間
SP_INT	IN/OUT	REAL		0.0	設定值
MAN	IN/OUT	REAL		0.0	手動控制值
COM_RST	IN/OUT	BOOL		0.0	完全重啟動	置位后自動復位
MAN_ON	IN/OUT	BOOL		TRUE	手/自動切換按鈕	MAN_ON: 0:自動 1:手動

表3. FB58"TCONT_CP"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	描述	說明
LMN	OUT	REAL		0.0	調節(jié)值
LMN_PER	OUT	INT		0	外設調節(jié)值	PQW xxx
QLMN_HLM	OUT	BOOL		FALSE	調節(jié)值上限報警
QLMN_LLM	OUT	BOOL		FALSE	調節(jié)值下限報警
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	當前值輸出
QPLUSE	OUT	BOOL		FLASE	脈沖輸出
QC_ACT	OUT	BOOL		FLASE	連續(xù)控制指示	此參數(shù)指示是否在下一次調用塊時處理連續(xù)控制組件（僅當 SELECT 的值為 0 或為 1 時才相關）

表4. FB58"TCONT_CP"的常用靜態(tài)參數(shù)

參數(shù)	偏移量	數(shù)據(jù)類型	取值范圍	默認	描述	說明
DEAD_W	44.0	REAL		0.0	死區(qū)
I_ITLVAL	48.0	REAL	-100~100(%)	0.0	積分初始值
LMN_HLM	52.0	REAL		FALSE	輸出值上限
LMN_LLM	56.0	REAL		FALSE	輸出值下限
PER_TM	76.0	REAL		0.0	周期時間	脈沖調制的周期時間
P_B_TM	80.0	REAL		0.0	最小脈沖/中斷時間	防止閥門頻繁開關
TUN_DLMN	84.0	REAL	-100~100(%)	0.0	階躍值	控制器調節(jié)的過程激發(fā)是由 TUN_DLMN 中的輸出值階躍變化引起的。
PER_MODE	88.0	INT		0	輸入值模式選擇	可使用此開關輸入 I/O 模塊的類型。 然后，在 PV 輸出中對輸入 PV_PER 中的過程值進行如下標定： PER_MODE = 0：熱電偶；PT100/NI100；標準 PV_PER * 0.1 單位： °C，°F PER_MODE = 1：PT100/NI100；氣候型 PV_PER * 0.01 單位： °C，°F PER_MODE = 2：電流/電壓 PV_PER * 100/27648 單位： %
PVPER_ON	90.0	BOOL		FLASE	當前值選擇外設	PVPER_ON: 0:當前值選擇PV_IN 1:當前值選擇PV_PER
I_ITL_ON	90.1	BOOL		FLASE	積分設定值	I_ITL_ON: 0:積分作用值由偏差計算 1:積分作用值為I_ITVAL
PULSE_ON	90.2	BOOL		FLASE	激活脈沖功能
ER	92.0	REAL		0.0	偏差	ER=SP_INT-PV_IN
LMN_P	96.0	REAL		0.0	比例分量
LMN_I	100.0	REAL		0.0	積分分量
LMN_D	104.0	REAL		0.0	微分分量
PHASE	108.0	INT		0	自整定階段	在輸出 PHASE 中指示控制器調節(jié)的當前階段。 PHASE = 0：無調節(jié)模式；自動模式或手動模式 PHASE = 1：啟動調節(jié)準備就緒；檢查參數(shù)、等待激發(fā)、測量采樣時間 PHASE = 2：實際調節(jié)： 使用常量輸出值搜索拐點。 在背景數(shù)據(jù)塊中輸入采樣時間。 PHASE = 3：計算過程參數(shù)。 在進行調節(jié)之前保存有效的控制器參數(shù)。 PHASE = 4：控制器設計 PHASE = 5：根據(jù)新的調節(jié)變量跟蹤控制器 PHASE = 7：驗證過程類型
STATUS_H	110.0	INT		0	整定狀態(tài)字
STATUS_D	112.0	INT		0	被控對象類型	一階、二階等被控對象
PI_CON	116.0	STRUCT	PI 控制器
GAIN	+0.0	REAL		0.0	比例參數(shù)
TI	+4.0	REAL	(s)	0.0	積分參數(shù)
PID_CON	124.0	STRUCT	PID 控制器
GAIN	+0.0	REAL		0.0	比例參數(shù)
TI	+4.0	REAL	(s)	0.0	積分參數(shù)
TD	+8.0	REAL	(s)	0.0	微分參數(shù)
PAR_SAVE	136.0	STRUCT	PID 參數(shù)存儲
PFAC_SP	+0.0	REAL		0.0	設定值比例因子
GAIN	+4.0	REAL		0.0	比例參數(shù)
TI	+8.0	REAL	(s)	0.0	積分參數(shù)
TD	+12.0	REAL	(s)	0.0	微分參數(shù)
D_F	+16.0	REAL	5.0~10.0	5.0	微分因子
CON_ZONE	+20.0	REAL		0.0	控制帶
CONC_ON	+24.0	BOOL		FLASE	控制帶使能
PFAC_SP	162.0	REAL		0.0	設定值比例因子
GAIN	166.0	REAL		0.0	比例參數(shù)
TI	170.0	REAL	(s)	0.0	積分參數(shù)
TD	174.0	REAL	(s)	0.0	微分參數(shù)
D_F	178.0	REAL	5.0~10.0	5.0	微分因子
CON_ZONE	182.0	REAL		0.0	控制帶
CONC_ON	186.0	BOOL		FLASE	控制帶使能
TUN_ON	186.1	BOOL		FLASE	啟動自整定
TUN_ST	186.2	BOOL		FLASE	激活激勵	如果在控制器調節(jié)期間操作點的設定值保持恒定，則 TUN_ST=1 將激活輸出值階躍變化（變化量為 TUN_DLMN）。
UNDO_PAR	186.3	BOOL		FLASE	加載參數(shù)	從數(shù)據(jù)結構 PAR_SAVE 加載控制器參數(shù) PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_FCONZ_ON 和 CON_ZONE （僅在手動模式下有效）。
SAVE_PAR	186.4	BOOL		FLASE	保存參數(shù)	在數(shù)據(jù)結構 PAR_SAVE 中保存控制器參數(shù) PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_F、CONZ_ON 和 CON_ZONE。
LOAD_PID	186.5	BOOL		FLASE	加載參數(shù)	根據(jù) PID_ON，從數(shù)據(jù)結構 PI_CON 或 PID_CON 加載控制器參數(shù) GAIN、TI,TD（僅在手動模式下有效）
PID_ON	186.6	BOOL		FLASE	模式選擇	在輸入 PID_ON 中，可以指定已調整的控制器作為 PI 控制器還是作為 PID 控制器運行。 PID 控制器： PID_ON = TRUE PI 控制器： PID_ON = FALSE 但是，對于某些過程類型，盡管 PID_ON = TRUE，仍然只能設計 PI 控制器。

手/自動選擇（MAN_ON）

表5.MAN_ON的選擇

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

當前值PV_IN與PV_PER的選擇

表6.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：無論當前值選擇哪個管腳，SP_INT必須與其量綱相同

當選擇PV_IN作為反饋值時， FB58"TCONT_CP"與FB41"CONT_C"的用法一樣

PVPER_ON=1時，PER_MODE模式選擇

表7.PID參數(shù)設定

參數(shù)	描述	公式
PER_MODE=0	熱電偶或熱電阻標準型	PV_PER*0.1
PER_MODE=1	熱電阻氣候型	PV_PER*0.01
PER_MODE=2	電流/電壓轉換	PV_PER * 100/27648

圖3. PER_MODE=0

圖4. PER_MODE=1

圖5. PER_MODE=2

PID輸出LMN與LMN_PER選擇

FB58"TCONT_CP"與FB41"CONT_C"的用法一樣,參考之前的文檔： FB41基本使用

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