B 43PID参数设置中文说明.doc

FB 41 /FB 42/FB 43PID参数设置中文说明1、FB 41SFB/FB CONT_C (连续控制器)在SIMATIC S7可编程逻辑控制器上使用，通过持续的输入和输出变量来控制工艺过程。在参数分配期间，可以通过激活或取消激活PID控制器的子功能使控制器适应过程的需要。使用参数分配工具可以轻松完成分配(菜单路径：开始 Simatic Step7 分配PID控制参数)。开始 Simatic Step7 分配PID控制(英文)中提供了在线电子手册。应用可以使用该控制器作为PID固定设定值控制器或在多循环控制中作为层叠、混料或比率控制器。该控制器的功能基于使用模拟信号的采样控制器的PID控制算法，必要时可以通过加入脉冲发生器阶段进行扩展，为使用成比例执行机构的两个或三个步骤控制器生成脉冲持续时间调制输出信号。注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断OB (OB30至OB38)中调用控制块。在CYCLE参数中输入采样时间。说明除了设定值和过程值分支中的功能，SFB/FB还通过持续操作变量输出和手动影响操作值的选项实现了完整的PID控制器。 下文提供了对这些子功能的详细说明：设定值分支以浮点格式在SP_INT输入键入设定值。过程变量分支可以外设(I/O)或以浮点格式输入过程变量。CRP_IN功能根据以下公式将PV_PER外设值转换为介于 -100和 +100 %间的浮点格式值：此主题相关图片PV_NORM功能根据以下公式统一CRP_IN输出的格式：PV_NORM的输出 = (CPR_IN的输出) * PV_FAC + PV_OFFPV_FAC的缺省值为1，PV_OFF的缺省值为0。出错信号设定值和过程变量间的差异就是出错信号。为消除由于操作变量量化导致的小幅恒定振荡(例如，在使用PULSEGEN进行脉宽调制时)，将死区应用于出错信号(DEADBAND)。如果DEADB_W = 0，将关闭死区。PID算法PID算法用于定位计算。比例、积分(INT)和微分(DIF)操作以并联方式连接，因而可以分别激活或取消激活。这使对P、PI、PD和PID控制器进行组态成为可能。还可以对纯I和D控制器进行组态。手动值可以在手动和自动模式间进行切换。在手动模式下，使用手动选择的值更正操作变量。积分器(INT)内部设置为LMN - LMN_P - DISV，微分单元(DIF)设置为0并在内部进行匹配。这意味着切换到自动模式不会导致操作值发生任何突变。操作值使用LMNLIMIT功能可以将操作值限制为所选择的值。输入变量超过限制时，信号位会给予指示。LMN_NORM功能根据以下公式统一LMNLIMIT输出的格式：LMN = (LMNLIMIT的输出) * LMN_FAC + LMN_OFFLMN_FAC的缺省值为1，LMN_OFF的缺省值为0。也可以得到外设格式的操作值。CPR_OUT功能根据以下公式将浮点值LMN转换为外设值：前馈控制可以在DISV输入前馈干扰变量。初始化SFB 41 CONT_C有一个在输入参数COM_RST = TRUE时自动运行的初始化程序。在初始化过程中，将把积分器内部设置为初始化值I_ITVAL。以周期性中断优先级调用它时，它会从此值开始继续工作。将所有其它输出设置为它们各自的缺省值。出错信息不使用出错输出参数RET_VAL。CONT_C方框图输入参数下表包含对SFB 41/FB 41 CONT_C输入参数的说明。参数 数据类型 取值范围： 缺省值 说明COM_RST BOOL FALSE COMPLETE RESTART该块有一个在设置输入COM_RST时自动执行的初始化程序。MAN_ON BOOL TRUE MANUAL VALUE ON如果设置输入启用手动值，将中断控制回路。手动值作为操作值进行设置。PVPER_ON BOOL FALSE PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON如果从I/O读取过程变量，必须将输入PV_PER连接到I/O，且必须设置输入启用过程变量外设。P_SEL BOOL TRUE PROPORTIONAL ACTION ON可以在PID算法中单独激活或取消激活PID操作。如果设置输入启用比例作用，将启用P操作。I_SEL BOOL TRUE INTEGRAL ACTION ON可以在PID算法中单独激活或取消激活PID操作。如果设置输入启用积分作用，将启用I操作。INT_HOLD BOOL FALSE INTEGRAL ACTION HOLD设置输入积分作用暂停可以冻结积分器的输出。I_ITL_ON BOOL FALSE INITIALIZATION OF THE INTEGRAL ACTION ON设置输入积分作用初始化打开可以将积分器的输出连接到输入I_ITL_VAL。D_SEL BOOL FALSE DERIVATIVE ACTION ON可以在PID算法中单独激活或取消激活PID操作。如果设置输入启用微分作用，将启用D操作。CYCLE TIME = 1毫秒 T#1s SAMPLING TIME块调用间的时间必须为常数。采样时间输入指定块调用之间的时间。SP_INT REAL -100.0至 +100.0 (%)或物理值 1) 0.0 INTERNAL SETPOINT内部设定值输入用于指定设定值。PV_IN REAL -100.0至 +100.0 (%)或物理值1) 0.0 PROCESS VARIABLE IN可以在过程变量输入输入设置初始化值，也可以连接浮点格式的外部过程变量。PV_PER WORD W#16#0000 PROCESS VARIABLE PERIPHERAL将I/O格式的过程变量连接到过程变量外设输入处的控制器。MAN REAL -100.0至 +100.0 (%)或物理值2) 0.0 MANUAL VALUE手动值输入用于通过操作员界面功能设置手动值。GAIN REAL 2.0 PROPORTIONAL GAIN比例值输入指定控制器增益。TI TIME = CYCLE T#20s RESET TIME复位时间输入决定积分器的时间响应。TD TIME = CYCLE T#10s DERIVATIVE TIME微分时间输入决定微分单元的时间响应。TM_LAG TIME = CYCLE/2 T#2s TIME LAG OF THE DERIVATIVE ACTIOND操作的算法包括可以在微分作用的时间延迟输入分配的时间延迟。DEADB_W REAL = 0.0 (%)或物理值 1) 0.0 DEAD BAND WIDTH将死区应用于出错。死区带宽输入决定死区的大小。LMN_HLM REAL LMN_LLM .100.0 (%)或物理值 2) 100.0 MANIPULATED VALUE HIGH LIMIT操作值始终受上限和下限的限制。操作值上限输入指定上限。LMN_LLM REAL -100.0. LMN_HLM (%)或物理值 2) 0.0 MANIPULATED VALUE LOW LIMIT操作值始终受上限和下限的限制。操作值下限输入指定下限。PV_FAC REAL 1.0 PROCESS VARIABLE FACTOR过程变量因子输入与过程变量相乘。该输入用于调整过程变量范围。PV_OFF REAL 0.0 PROCESS VARIABLE OFFSET将过程变量偏移量输入与过程变量相加。该输入用于调整过程变量范围。LMN_FAC REAL 1.0 MANIPULATED VALUE FACTOR将操作值因子输入与操作值相乘。该输入用于调整操作值范围。LMN_OFF REAL 0.0 MANIPULATED VALUE OFFSET将操作值偏移量与操作值相加。该输入用于调整操作值范围。I_ITLVAL REAL -100.0至 +100.0 (%)或物理值 2) 0.0 INITIALIZATION VALUE OF THE INTEGRAL ACTION可以在输入I_ITL_ON设置积分器的输出。将初始化值应用于输入积分作用的初始化值。DISV REAL -100.0至 +100.0 (%)或物理值 2) 0.0 DISTURBANCE VARIABLE为进行前馈控制，将干扰变量连接到输入干扰变量。1) 同一单元中设定值和过程变量分支中的参数2) 同一单元中操作值分支中的参数输出参数下表包含对SFB 41/FB41 CONT_C输出参数的说明。参数 数据类型 取值范围： 缺省值 说明LMN REAL 0.0 MANIPULATED VALUE有效的操作值为操作值输出处的浮点格式输出。LMN_PER WORD W#16#0000 MANIPULATED VALUE PERIPHERAL将I/O格式的操作值连接到操作值外设输出的控制器。QLMN_HLM BOOL FALSE HIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED操作值始终受上限和下限的限制。如果输出为达到操作值上限，则表明已超过上限。QLMN_LLM BOOL FALSE LOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED操作值始终受上限和下限的限制。如果输出为达到操作值下限，则表明已超过下限。LMN_P REAL 0.0 PROPORTIONAL COMPONENT比例组件输出包含操作变量的比例组件。LMN_I REAL 0.0 INTEGRAL COMPONENT积分组件输出包含操作值的积分组件。LMN_D REAL 0.0 DERIVATIVE COMPONENT微分组件输出包含操作值的微分组件。PV REAL 0.0 PROCESS VARIABLE有效过程变量为过程变量输出处的输出。ER REAL 0.0 ERROR SIGNAL有效出错为出错信号输出处的输出。FB 42SFB/FB CONT_S (步控制器)在SIMATIC S7可编程逻辑控制器上使用，通过集成执行机构的数字操作值输出信号来控制工艺过程。在参数分配期间，可以通过激活或取消激活PI步控制器的子功能使控制器适应过程的需要。使用参数分配工具可以轻松完成分配(菜单路径：开始 Simatic Step7 分配PID控制参数)。开始 Simatic Step7 分配PID控制(英文)中提供了在线电子手册。应用可以将该控制器作为PI固定设定值控制器使用，或在层叠、混料或比率控制器的辅助控制回路中使用，但不能作为主控制器使用。该控制器的功能基于采样控制器的PI控制算法，补充了使用模拟激励信号生成二进制输出信号的功能。从CPU 314 IFM的FB V1.5或V1.1.0开始增加了以下功能：TI = T#0ms时，可以禁用控制器的积分组件，从而可以将块作为比例控制器使用。由于该控制器在没有任何位置反馈信号的情况下工作，内部计算的操作变量将不会与信号控制元素位置完全相符。如果操作变量(ER * GAIN)为负值，将进行调整。随后该控制器会设置输出QLMNDN (操作值信号下限)，直到设置了LMNR_LS (位置反馈信号下限)为止。该控制器还可作为控制器层叠中的辅助执行机构使用。设定值输入SP_INT用于分配控制元素位置。在这种情况下，必须将实际值输入和参数TI (集成时间)设置为零。一个应用实例是采用热量输出控制方法对温度进行调节，该方法通过阀进行脉冲暂停控制和冷却能力控制。在这种情况下，要完全关闭阀，应将操作变量(ER * GAIN)设置为负值。注意仅当以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断OB (OB30至OB38)中调用控制块。在CYCLE参数中输入采样时间。说明除了过程值分支中的功能，SFB还通过数字操作值输出和手动影响操作值选项实现了完整的PI控制器。步控制器在没有位置反馈信号的情况下工作。下文提供了对部分功能的说明：设定值分支以浮点格式在SP_INT输入键入设定值。过程变量分支可以外设(I/O)或以浮点格式输入过程变量。CRP_IN功能根据以下公式将PV_PER外设值转换为介于 -100和 +100 %间的浮点格式值：PV_NORM功能根据以下公式统一CRP_IN输出的格式：PV_NORM的输出 = (CPR_IN的输出) * PV_FAC + PV_OFFPV_FAC的缺省值为1，PV_OFF的缺省值为0。出错信号设定值和过程变量间的差异就是出错信号。为消除由于操作变量量化(例如，由于制动器阀操作值的精度有限)导致的小幅恒定振荡，将死区应用于出错信号(DEADBAND)。如果DEADB_W = 0，将关闭死区。PI步算法SFB/FB在没有位置反馈信号的情况下工作。PI算法的I操作和假定的位置反馈信号在一个积分器(INT)中计算，并作为反馈值与其余P操作进行比较。将差异应用于三步元素(THREE_ST)和创建执行机构脉冲的脉冲发生器(PULSEOUT)。调整三步元素的阈值可以降低控制器的切换频率。前馈控制可以在DISV输入前馈干扰变量。初始化SFB/FB42 CONT_S有一个在输入参数COM_RST = TRUE时自动运行的初始化程序。将所有其它输出设置为它们各自的缺省值。出错信息不使用出错输出参数RET_VAL。方框图输入参数下表包含对SFB 42/FB 42 CONT_S输入参数的说明。参数 数据类型 值 缺省值 说明COM_RST BOOL FALSE COMPLETE RESTART该块有一个在设置输入COM_RST时自动执行的初始化程序。LMNR_HS BOOL FALSE HIGH LIMIT OF POSITION FEEDBACK SIGNAL将执行机构位于上限止点信号连接到位置反馈信号的上限输入。LMNR_HS=TRUE表示执行机构位于上限止点。LMNR_LS BOOL FALSE LOW LIMIT OF POSITION FEEDBACK SIGNAL将执行机构位于下限止点信号连接到位置反馈信号的下限输入。LMNR_LS=TRUE表示执行机构位于下限置点。LMNS_ON BOOL TRUE MANUAL ACTUATING SIGNALS ON激励信号处理在启用手动激励信号输入中切换为手动。LMNUP BOOL FALSE ACTUATING SIGNALS UP使用手动激励值信号时，在输入激励信号增加设置输出信号QLMNUP。LMNDN BOOL FALSE ACTUATING SIGNALS DOWN使用手动激励值信号时，在输入激励信号降低设置输出信号QLMNDN。PVPER_ON BOOL FALSE PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON如果从I/O读入过程变量，必须将输入PV_PER连接到I/O，且必须设置输入启用过程变量外设。CYCLE TIME = 1毫秒 T#1s SAMPLING TIME块调用之间的时间必须为常数。采样时间输入指定块调用之间的时间。SP_INT REAL -100.0. +100.0 (%)或物理值 1) 0.0 INTERNAL SETPOINT内部设定值输入用于指定设定值。PV_IN REAL -100.0. +100.0 (%)或物理值 1) 0.0 PROCESS VARIABLE IN可以在过程变量输入输入中设置初始化值，也可以连接浮点格式的外部过程变量。PV_PER WORD W#16#0000 PROCESS VARIABLE PERIPHERAL将I/O格式的过程变量连接到过程变量外设输入处的控制器。GAIN REAL 2.0 PROPORTIONAL GAIN比例增益输入设置控制器增益。TI TIME = CYCLE T#20s RESET TIME复位时间输入决定积分器的时间响应。DEADB_W REAL 0.0.100.0 (%) 或物理值 1) 1.0 DEAD BAND WIDTH将死区应用于出错。死区带宽输入决定死区的大小。PV_FAC REAL 1.0 PROCESS VARIABLE FACTOR将过程变量因子输入与过程变量相乘。该输入用于调整过程变量范围。PV_OFF REAL 0.0 PROCESS VARIABLE OFFSET将过程变量偏移量输入与过程变量相加。该输入用于调整过程变量范围。PULSE_TM TIME = CYCLE T#3s MINIMUM PULSE TIME使用参数最小脉冲时间可以分配最小脉冲宽度。BREAK_TM TIME = CYCLE T#3s MINIMUM BREAK TIME使用参数最小中断时间可以分配最小中断宽度。MTR_TM TIME = CYCLE T#30s MOTOR ACTUATING TIME在电机动作时间参数中输入执行机构在挡块间移动所需的时间。DISV REAL -100.0.100.0 (%)或物理值 2) 0.0 DISTURBANCE VARIABLE为进行前馈控制，将干扰变量连接到输入干扰变量。1) 同一单元中设定值和过程变量分支中的参数2) 同一单元中操作值分支中的参数输出参数下表包含对SFB 42/FB 42 CONT_S输出参数的说明。参数 数据类型 值 缺省值 说明QLMNUP BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL UP如果设置输出激励信号增加，将打开激励阀。QLMNDN BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL DOWN如果设置输出激励信号降低，将打开激励阀。PV REAL 0.0 PROCESS VARIABLE有效过程变量为过程变量输出处的输出。ER REAL 0.0 ERROR SIGNAL有效出错为出错信号输出处的输出。FB 43SFB 43 PULSEGEN (脉冲发生器)用于构建具有比例执行机构脉冲输出的PID控制器。文档 英文 STEP7 PID控制中提供了电子手册。应用使用SFB/FB PULSEGEN可以组态具有脉宽调制功能的PID两/三步控制器。该功能通常与连续控制器CONT_C结合使用。注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断OB (OB30至OB38)中调用控制块。在CYCLE参数中输入采样时间。说明PULSEGEN功能通过脉宽调制将输入变量INV (= PID控制器的操作值)转换为具有恒定周期的脉冲列，从而与输入变量的更新周期及必须在PER_TM中分配的周期相应。每周期脉冲宽度与输入变量成比例。分配给PER_TM的周期与SFB/FB PULSEGEN的处理周期不完全相同。PER_TM周期由若干个SFB/FB PULSEGEN处理周期组成，因此可以将每个PER_TM周期SFB/FB PULSEGEN调用的数量作为脉宽调制精度的衡量标准。脉宽调制输入变量为30%、每个PER_TM有10个SFB/FB PULSEGEN调用的含义如下：前三次SFB/FB PULSEGEN调用(10次调用的30%)在QPOS输出为一后七次SFB/FB PULSEGEN调用(10次调用的70%)在QPOS输出为零方框图操作值的精度采样比率为1:10 (CONT_C调用与PULSEGEN调用之比)时，此实例中的操作值精度将限制在10%，换言之，设置的输入值INV只能在QPOS输出通过以10%为步长的脉冲宽度进行模拟。精度随每个CONT_C调用的SFB/FB PULSEGEN调用数的增加而增加。例如，如果调用PULSEGEN的频率是调用CONT_C频率的100倍，则获得的操作值范围的精度为1%。注意调用频率必须由用户进行设置。自动同步可以将脉冲输出与更新输入变量INV (例如，CONT_C)的块同步。这样可以确保输入变量更新的输出速度尽可能达到脉冲速度。脉冲发生器以与PER_TM周期相应的间隔判断输入值INV，并将该值转换为相应长度的脉冲信号。不过，由于INV通常是在较慢的周期性中断级别计算，脉冲发生器应在更新INV后尽快开始将离散值转换为脉冲信号。为此，该块可以执行下列步骤来同步周期的开始：如果INV发生变化且块调用不是发生在时期的前两个或后两个调用周期，则执行同步。将重新计算脉冲宽度，并在下一周期与新时期一起输出。可以在SYN_ON输入禁用自动同步(= FALSE)。注意随着新的周期的开始，将在同步后于脉冲信号中近似精确地模拟INV的原值(即LMN值)。模式根据分配给脉冲发生器的参数，可以组态具有三步输出或双极或单极两步输出的PID控制器。下表列出了可能模式的开关组合设置。开关 模式 MAN_ON STEP3_ON ST2BI_ON三步控制 FALSE TRUE 任意具有双极控制范围的两步控制(-100%至 +100%) FALSE FALSE TRUE具有单极控制范围的两步控制(0% . 100%) FALSE FALSE FALSE手动模式 TRUE 任意 任意三步控制在三步控制模式下，激励信号可以具有三种状态。将二进制输出信号QPOS_P和QNEG_P的值分配给执行机构的状态。下表提供了一个温度控制实例：执行机构 输出信号 加热装置 关闭 冷却QPOS_P TRUE FALSE FALSEQNEG_P FALSE FALSE TRUE基于输入变量，采用某一特性曲线计算脉冲宽度。特性曲线的形状由最小脉冲或最小中断时间及比率因子定义。比率因子的正常值为1。曲线中的转折由最小脉冲或最小中断时间引起。最小脉冲或最小中断时间正确指定最小脉冲或最小中断时间P_B_TM可以防止频繁开/关，频繁开/关会缩短开关元件和执行机构的使用寿命。注意输入变量LMN处那些小绝对值会受到抑制，否则它们会生成较P_B_TM更短的脉冲宽度。将生成比(PER_TM - P_B_TM)长的脉冲宽度的大输入值设置为100%或 -100%。 通过将输入变量(%)与周期时间相乘获得正脉冲或负脉冲的宽度。下图显示的是三步控制器的对称曲线(比率因子 = 1)。非对称三步控制使用比率因子RATIOFAC可以更改正脉冲与负脉冲宽度的比率。例如，在热处理中，这使得加热和冷却可以有不同的系统时间常数。比率因子还影响最小脉冲或最小中断时间。比率因子 1意味着负脉冲的阈值与比率因子相乘。比率因子 1比率因子会缩短将输入变量与周期时间相乘所得到的正脉冲输出脉冲宽度。两步控制在两步控制中，只会将PULSEGEN的正脉冲输出QPOS_P连接到开/关执行机构。视所使用的操作值范围，两步控制器将具有双极或单极操作值范围。具有双极操作变量范围的两步控制(-100%至100%)具有单级操作变量范围的两步控制(0%至100%)如果控制回路中的两步控制器的连接需要使用逻辑取反的二进制信号来激励脉冲，可在QNEG_P获得取反输出信号。执行机构脉冲 开 关QPOS_P TRUE FALSEQNEG_P FALSE TRUE两步/三步控制的手动模式在手动模式(MAN_ON = TRUE)下，无论INV为何值，均可使用信号POS_P_ON和NEG_P_ON设置三步或两步控制器的二进制输出。 控制 POS_P_ON NEG_P_ON QPOS_P QNEG_P三步控制 FALSE FALSE FALSE FALSETRUE FALSE TRUE FALSEFALSE TRUE FALSE TRUETRUE TRUE FALSE FALSE两步控制 FALSE 任意 FALSE TRUETRUE 任意 TRUE FALSE初始化SFB/FB PULSGEN有一个在输入参数COM_RST = TRUE时自动运行的初始化程序。所有信号输出都设置为0。出错消息不使用出错输出参数RET_VAL。输入参数参数 数据类型 取值范围： 缺省值 说明INV REAL -100.0.100.0 (%) 0.0 INPUT VARIABLE将模拟操作值连接到输入参数输入变量。PER_TM TIME =20*CYCLE T#1s PERIOD TIME使用周期输入参数输入脉宽调制的恒定周期。它对应于控制器的采样时间。脉冲发生器采样时间与控制器采样时间的比率决定脉宽调制的精度。P_B_TM TIME = CYCLE T#0ms MINIMUM PULSE/BREAK TIME可以在输入参数最小脉冲或最小中断时间