工控云學(xué)堂

小編的話：一直都聽(tīng)聞德國(guó)制造很強(qiáng)，那到底是為什么呢？今天這篇文章，小編就和你一起，揭開(kāi)德國(guó)制造的“秘密”。

目錄

1     概述

1.1      應(yīng)用

1.2      控制系統(tǒng)分析

2     PID系統(tǒng)控制器的選擇

2.1      連續(xù)控制器、開(kāi)關(guān)控制器

2.2      固定值控制器

2.3      級(jí)聯(lián)控制器

2.4      混合控制器

2.5      比例控制器

2.5.1      單循環(huán)比例控制器

2.5.2      多循環(huán)比例控制器

2.6      二級(jí)控制器

2.7      三級(jí)控制器

3     布線

3.1      布線規(guī)則

3.1.1      連接電纜

3.1.2      屏蔽端接元件

3.1.3      警告

3.1.4      其它信息

4     參數(shù)賦值工具介紹

4.1      調(diào)試PID參數(shù)的用戶界面

4.2      獲取在線幫助的途徑

5     在用戶程序中實(shí)現(xiàn)

5.1      調(diào)用功能塊

5.2      背景數(shù)據(jù)塊

5.3      程序結(jié)構(gòu)

6     功能塊介紹

6.1      連續(xù)調(diào)節(jié)功能SFB 41/FB 41 “CONT_C”

6.1.1      簡(jiǎn)介

6.1.2      應(yīng)用程序

6.1.3      說(shuō)明

6.2      步進(jìn)控制功能SFB 42/FB 42“CONT_S”

6.2.1      簡(jiǎn)介

6.2.2      應(yīng)用程序

6.2.3      說(shuō)明

6.3      脈沖寬度調(diào)制器SFB 43/FB 43“PULSEGEN”

6.3.1      簡(jiǎn)介

6.3.2      應(yīng)用程序

6.3.3      說(shuō)明

7     功能塊舉例

1      概述

本文中所討論的功能塊（SFB41/FB41，SFB42/FB42，SFB43/FB43）僅僅是使用于S7和C7的CPU中的循環(huán)中斷程序中。該功能塊，定期計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)，保存在指定的DB中（背景數(shù)據(jù)塊）。允許多次調(diào)用該功能塊。CONT_C塊與PULSEGEN塊組合使用，可以獲得一個(gè)帶有比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)脈沖輸出的控制器（例如，加熱和冷卻裝置）。

• SFB41/FB41     (CONT_C)， 連續(xù)控制方式；

• SFB42/FB42     (CONT_S)， 步進(jìn)控制方式；

• SFB43/FB43     (PULSEGEN)， 脈沖寬度調(diào)制器；

注意：SFB41/42/43，與FB41/42/43兼容，可以用于CPU 313C、CPU 313C-2 DP/PTP 和CPU 314C-2 DP/PTP中。

1.1應(yīng)用

借助于由你組態(tài)大量模塊組成的控制器，可以完成帶有PID算法的實(shí)際控制器?？刂菩?，即處理速度取決于你所使用的CPU性能。對(duì)于給定的CPU，必須在控制器的數(shù)量和控制器所需要執(zhí)行頻率之間找到一個(gè)折衷方案。連接的控制電路越快，所安裝的控制器數(shù)量越少，則每個(gè)時(shí)間單位計(jì)算的數(shù)值就越多。對(duì)于控制過(guò)程的類型沒(méi)有限制。較慢（溫度、填料位，等）以及較快的控制系統(tǒng)（流量、速度，等）都可以控制。

1.2控制系統(tǒng)分析

控制系統(tǒng)的靜態(tài)性能（增益）和動(dòng)態(tài)性能（滯后、空載時(shí)間、積分常數(shù)，等），都是設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器及其靜態(tài)參數(shù)（P操作）和動(dòng)態(tài)參數(shù)（I、D操作）的主要因素。

因此，熟練掌握控制系統(tǒng)的類型和特性非常重要。（如圖1，圖2，圖3，圖4）

圖 1

圖 2

圖 3

圖 4

2      PID系統(tǒng)控制器的選擇

控制系統(tǒng)的屬性由技術(shù)過(guò)程和機(jī)器條件決定。因此，為了獲得良好的控制效果，你必須選擇最適用的系統(tǒng)控制器。

2.1連續(xù)控制器、開(kāi)關(guān)控制器

• 連續(xù)控制器，輸出一個(gè)線性（模擬）數(shù)值。

• 開(kāi)關(guān)控制器，輸出一個(gè)二進(jìn)制（數(shù)字）數(shù)值。

2.2固定值控制器

固定值控制，使用設(shè)定固定數(shù)值進(jìn)行的過(guò)程控制，只是偶爾修改一下參考變量，過(guò)程偏差的控制。

2.3級(jí)聯(lián)控制器

級(jí)聯(lián)控制器，控制器串行連接控制。第一個(gè)控制器（主控制器）決定了串行控制器（從控制器）的設(shè)定點(diǎn)，或者根據(jù)過(guò)程變量的實(shí)際錯(cuò)誤影響器設(shè)定點(diǎn)。

一個(gè)級(jí)聯(lián)控制器的控制性能可以使用其它的過(guò)程變量加以改進(jìn)。為此，可以為主控制變量添加一個(gè)輔助過(guò)程變量PV2（主控制器SP2的輸出）。主控制器可以將過(guò)程變量PV1施加給設(shè)定點(diǎn)SP1，并且可以調(diào)整SP2，以便盡可能快地到達(dá)目標(biāo)，而沒(méi)有過(guò)調(diào)節(jié)。（如圖5）

圖 5

2.4混合控制器

混合控制器是指根據(jù)每個(gè)被控組件所需要的設(shè)定點(diǎn)總數(shù)量，來(lái)計(jì)算總SP數(shù)量的一種控制結(jié)構(gòu)。在此，混合系數(shù)FAC的和必須為“1”。（如圖6）

圖 6

2.5比例控制器

2.5.1    單循環(huán)比例控制器

單循環(huán)比例控制器，可以用于“兩個(gè)過(guò)程變量之間的比率”比“兩個(gè)過(guò)程變量的絕對(duì)數(shù)值”重要的場(chǎng)合。（例如，速度控制）。（如圖7）

圖 7

2.5.2    多循環(huán)比例控制器

對(duì)于多循環(huán)比例控制，兩個(gè)過(guò)程變量PV1和PV2之比保持為常數(shù)。因此，可以使用第一個(gè)控制循環(huán)的過(guò)程數(shù)值，來(lái)計(jì)算第二個(gè)控制循環(huán)的設(shè)定點(diǎn)。對(duì)于過(guò)程變量PV1的動(dòng)態(tài)變化，也可以保證保持特定的比例。（如圖8）

圖 8

2.6二級(jí)控制器

一個(gè)二級(jí)控制器只能采集兩個(gè)輸出狀態(tài)（例如，開(kāi)和關(guān)）。典型的控制為：一個(gè)加熱的系統(tǒng)，通過(guò)繼電器輸出的脈沖寬度調(diào)制。

2.7三級(jí)控制器

一個(gè)三級(jí)控制器只能采集到三個(gè)具體的輸出狀態(tài)。我們需要區(qū)分：“脈沖寬度調(diào)制”（例如，加熱-冷卻，加熱-關(guān)機(jī)-冷卻）和“使用集成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的步進(jìn)控制”（例如，左-停止-右）之間的區(qū)別。

3      布線

對(duì)于沒(méi)有集成的I/O控制器，你必須使用附加的I/O模塊。

3.1布線規(guī)則

3.1.1    連接電纜

• 對(duì)于數(shù)字I/O，如果線路有100米長(zhǎng)，必須使用屏蔽電纜；

• 電纜屏蔽時(shí)必須在兩端進(jìn)行接地；

• 軟電纜的截面積選擇0.25…1.5     mm2；

• 無(wú)需選擇電纜套。如果決定選擇使用電纜套，你可以使用不帶絕緣套圈的電纜套（DIN 46228, Shape A, Short version）；

3.1.2    屏蔽端接元件

• 你可以使用屏蔽端接元件，將所有屏蔽的電纜直接通過(guò)導(dǎo)軌連接接地；

• 必須在斷電情況下對(duì)組件進(jìn)行接線；

3.1.3    警告

• 帶電作業(yè)會(huì)有生命危險(xiǎn)。

• 如果你帶電對(duì)組件的前插頭進(jìn)行接線，會(huì)有觸電危險(xiǎn)！

3.1.4    其它信息

• 其他注意事項(xiàng)可參見(jiàn)手冊(cè)“CPU數(shù)據(jù)”手冊(cè)以及CPU的安裝手冊(cè)。

4      參數(shù)賦值工具介紹

借助于“PID參數(shù)設(shè)置”工具，可以很方便的調(diào)試功能塊SFB41/FB41，SFB42/FB42的參數(shù)（背景數(shù)據(jù)塊）。

4.1調(diào)試PID參數(shù)的用戶界面

在Windows操作系統(tǒng)中，調(diào)用“調(diào)試PID參數(shù)用戶界面”的操作過(guò)程如下：

Start > SIMATIC > STEP7 > PID Control Parameter Assignment（如圖9）。

圖 9

• 在最開(kāi)始的對(duì)話框中，你既可以打開(kāi)一個(gè)已經(jīng)存在的FB41/ SFB41 “CONT_C”     或者 FB42/ SFB42  “CONT_S”的背景數(shù)據(jù)塊。也可以生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊，再可以分配給FB41/ SFB41 “CONT_C” 或者 FB42/ SFB42  “CONT_S”，作為背景數(shù)據(jù)塊。（如圖10）

圖 10

• FB43/SFB43     “PULSEGEN” 沒(méi)有參數(shù)設(shè)置的用戶界面工具。你必須在STEP     7 中去設(shè)置它的參數(shù)。

4.2獲取在線幫助的途徑

當(dāng)分配參數(shù)給FB41/ SFB41“CONT_C” 、FB42/ SFB42  “CONT_S” 或者FB43/SFB43 “PULSEGEN”時(shí)，你可以通過(guò)以下三條途徑獲得幫助：

·        使用Step7菜單Help>Contents，獲得相應(yīng)的幫助信息；

·        通過(guò)按下F1 鍵得到幫助；

·        在PID參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中，通過(guò)點(diǎn)擊Help，可以得到具體的幫助信息。

5      在用戶程序中實(shí)現(xiàn)

以下章節(jié)將幫助你根據(jù)你的應(yīng)用設(shè)計(jì)一個(gè)用戶程序。

5.1調(diào)用功能塊

使用相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊調(diào)用系統(tǒng)功能塊。

舉例：CALL SFB 41, DB30 （或者，CALL FB 41, DB 31）

5.2背景數(shù)據(jù)塊

系統(tǒng)功能塊的參數(shù)將保存在背景數(shù)據(jù)塊中。在第6章中將闡述這些參數(shù)。

你可以通過(guò)以下方式訪問(wèn)這些參數(shù)

·        DB編號(hào)和偏移地址

·        數(shù)據(jù)塊編號(hào)和數(shù)據(jù)塊中的符號(hào)地址

5.3程序結(jié)構(gòu)

SFB必須在重新啟動(dòng)組織塊OB100中和循環(huán)中斷組織塊OB30…38中調(diào)用。

模式：

·        OB100 Call SFB/FB 41、42、43, DB 30

·        OB35 Call SFB/FB 41、42、43, DB 30

6      功能塊介紹

6.1連續(xù)調(diào)節(jié)功能SFB 41/FB 41 “CONT_C”

6.1.1    簡(jiǎn)介

SFB/FB“CONT_C”（連續(xù)控制器）用于使用連續(xù)的I/O變量在SIMATIC S7控制系統(tǒng)中控制技術(shù)過(guò)程。你可以通過(guò)參數(shù)打開(kāi)或關(guān)閉PID控制器，以此來(lái)控制系統(tǒng)。通過(guò)參數(shù)賦值工具，可以很容易地做到這一點(diǎn)。調(diào)用： Start > SIMATIC > STEP 7 > PID Control Parameter Assignment（如圖）。在線電子手冊(cè)，見(jiàn)Start > SIMATIC > Documentation > English> STEP 7 – PIDControl（如圖11）。

圖 11

6.1.2    應(yīng)用程序

你可以使用控制器作為單獨(dú)的PID定點(diǎn)控制器或在多循環(huán)控制中作為級(jí)聯(lián)控制器、混合控制器和比例控制器使用?？刂破鞯墓δ芑趲в幸粋€(gè)模擬信號(hào)的采樣控制器的PID控制算法，如果必要的話，可以通過(guò)脈沖發(fā)送器（PULSEGEN）進(jìn)行擴(kuò)展，以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)，來(lái)控制比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩個(gè)或三個(gè)步進(jìn)控制器。

6.1.3    說(shuō)明

除了設(shè)定點(diǎn)操作和過(guò)程數(shù)值操作的功能以外，SFB41/FB 41(CONT_C)可以使用連續(xù)的變量輸出和手動(dòng)影響控制數(shù)值選項(xiàng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的PID控制器。下面是關(guān)于SFB 41/FB41(CONT_C)詳細(xì)的子功能說(shuō)明：

6.1.3.1 設(shè)定點(diǎn)操作

設(shè)定點(diǎn)以浮點(diǎn)格式在“SP_INT”端輸入。

6.1.3.2 實(shí)際數(shù)值操作

過(guò)程變量可以在外圍設(shè)備（I/O）或者浮點(diǎn)數(shù)值格式輸入?！?/span>CRP_IN”功能可以將“PV_PER”外圍設(shè)備數(shù)值轉(zhuǎn)換為一個(gè)浮點(diǎn)格式的數(shù)值，在 –100和+100 % 之間，轉(zhuǎn)換公式如下：

CPR_IN 的輸出=PV_PER x100 /27648

“PV_NORM”功能可以根據(jù)下述規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)化“CRP_IN”的輸出：

輸出PV_NORM = （CPR_IN的輸出）x PV_FAC + PV_OFF

“PV_FAC”的缺省值為“1”，“PV_OFF”的缺省值為“0”。

變量“PV_FAC”和“PV_OFF”為下述公式轉(zhuǎn)化的結(jié)果：

PV_OFF =（PV_NORM的輸出） - （CPR_IN的輸出）x PV_FAC

PV_FAC =（PV_NORM的輸出） - PV_OFF）/（CPR_IN 的輸出）

不必轉(zhuǎn)換為百分比數(shù)值。如果設(shè)定點(diǎn)為物理確定，實(shí)際數(shù)值還可以轉(zhuǎn)換為該物理數(shù)值。

6.1.3.3 負(fù)偏差計(jì)算

設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際數(shù)值之間的區(qū)別便形成負(fù)值偏差。為了抑制由于被控量的量化引起的小的、恒定的振蕩（例如使用PULSEGEN進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制），在死區(qū)將施加一個(gè)死區(qū)（DEADBAND）。如果DEADB_W = 0，則死區(qū)將關(guān)閉。

6.1.3.4 PID算法

PID算法作為一種位置算法進(jìn)行控制。比例運(yùn)算、積分運(yùn)算（INT）和微商運(yùn)算（DIF）都可并行連接，也可以單獨(dú)激活或取消。這就允許組態(tài)成P、PI、PD和PID控制器。也可以是純I和D調(diào)節(jié)器。

6.1.3.5 手動(dòng)模式

可以在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式之間切換。在手動(dòng)模式下，被控量被修改成手動(dòng)選定的數(shù)值。

積分器（INT）內(nèi)部設(shè)置為“LMN-LMN_P-DISV”，微商器（DIF） 內(nèi)部設(shè)置為“0”，并進(jìn)行內(nèi)部匹配。這就是說(shuō)切換到自動(dòng)模式時(shí)不會(huì)引起被控量的突變。

6.1.3.6 受控?cái)?shù)值的處理

使用LMNLIMIT 功能，受控?cái)?shù)值可以被限制為一個(gè)所選擇的數(shù)值。當(dāng)輸入變量超出極限值時(shí)，信號(hào)位將指示?！?/span>LMN_NORM”功能可以根據(jù)下述公式標(biāo)準(zhǔn)化“LMNLIMIT”的輸出：

LMN = （LMNLIMIT的輸出） x LMN_FAC +LMN_OFF

“LMN_FAC”的缺省值為“1”，“LMN_OFF”的缺省值為“0”。

受控?cái)?shù)值也適用于外圍設(shè)備（I/O）格式?！?/span>CPR_OUT”功能可以將浮點(diǎn)值“LMN”轉(zhuǎn)換為一個(gè)外圍設(shè)備值，轉(zhuǎn)換公式如下：

LMN_PER = LMN x2764/10

6.1.3.7 前饋控制

一個(gè)干擾變量被引入“DISV”端輸入。

6.1.3.8 初始化

SFB 41/FB 41“CONT_C”有一個(gè)初始化程序，可以在輸入?yún)?shù)COM_RST =TRUE置位時(shí)運(yùn)行。在初始化過(guò)程中，積分器可以內(nèi)部設(shè)置為初始值“I_ITVAL”。如果在一個(gè)循環(huán)中斷優(yōu)先級(jí)調(diào)用它，它將從該數(shù)值繼續(xù)開(kāi)始運(yùn)行。所有其他輸出都設(shè)置為其缺省值。

6.1.3.9 出錯(cuò)信息

故障輸出參數(shù)RET_VAL不使用。

6.1.3.10   SFB/FB“CONT_C”（連續(xù)調(diào)節(jié)控制器）塊圖

如圖12。

圖 12

6.1.3.11   輸入?yún)?shù)

SFB 41/FB 41“CONT_C”（如圖13）

圖 13

下表列出SFB 41/FB 41“CONT_C”輸入?yún)?shù)的說(shuō)明：

1)    “設(shè)定值通道”和“過(guò)程變量通道”中的參數(shù)，應(yīng)該有相同的單位。例如，如果使用PV_IN作為“過(guò)程物理值”或者“過(guò)程物理值百分比”，SP_INT必須使用相應(yīng)相同的單位；如果使用PV_PER作為外圍設(shè)備的實(shí)際數(shù)值，SP_INT只能使用“-100.0 至 +100.0(%)”作為設(shè)定值。如果設(shè)定值是SP_INT是0~10Mpa中的8Mpa，那么需要填寫0.8，PV_PER填寫硬件外設(shè)地址IW XXX；

2)    受控量通道中的參數(shù)應(yīng)該有相同的單位。

6.1.3.12   輸出參數(shù)

下表列出SFB 41/FB 41“CONT_C”輸出參數(shù)的說(shuō)明：

6.2步進(jìn)控制功能SFB 42/FB 42“CONT_S”

6.2.1   簡(jiǎn)介

SFB/FB“CONT_S”（步進(jìn)控制器）用在SIMATIC S7可編程控制器上，用于二進(jìn)制數(shù)控?cái)?shù)值輸出信號(hào)積分執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制技術(shù)過(guò)程。在參數(shù)賦值過(guò)程中，你可以激活或取消PI步進(jìn)控制器的子功能，以使控制器與過(guò)程匹配。通過(guò)參數(shù)賦值工具，可以很容易地做到這一點(diǎn)。調(diào)用： Start > SIMATIC > STEP 7 > PID Control Parameter Assignment（如圖）。在線電子手冊(cè)，見(jiàn)Start > SIMATIC > Documentation > English> STEP 7 – PIDControl（如圖）。

6.2.2    應(yīng)用程序

你可以使用該控制器作為單獨(dú)的PI固定設(shè)定值控制器，或者在輔助控制循環(huán)（第二級(jí)閉環(huán)）中作為級(jí)聯(lián)控制器、混合控制器或者比例控制器使用，但是不能用作主控制器（第一級(jí)調(diào)節(jié)器）。控制器的功能根據(jù)采樣控制器的PI控制算法實(shí)現(xiàn)，由模擬執(zhí)行信號(hào)生成二進(jìn)制輸出信號(hào)。

下列功能適用于CPU 314 IFM的FB V1.5或V1.1.0以上版本：

利用TI = T#0 ms，可以封鎖調(diào)節(jié)器的積分分量。因此，允許功能塊用作比例（P）控制器。

由于控制器不使用任何位置反饋信號(hào)，內(nèi)部計(jì)算的受控變量將不能準(zhǔn)確地匹配信號(hào)控制元件的位置。如果受控變量（ER*GAIN）為負(fù)值，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。然后調(diào)節(jié)器置位輸出端QLMNDN（受控量信號(hào)低），直到LMNR_LS（位置反饋信號(hào)下限）被置位。

控制器還可以在一個(gè)控制器級(jí)聯(lián)中用作一個(gè)輔助控制器（第二個(gè)執(zhí)行器）。設(shè)定點(diǎn)輸入端“SP_INT”用于賦值控制元件的位置。在這種情況下，實(shí)際數(shù)值輸入和參數(shù)“TI（積分時(shí)間）”必須被設(shè)置為“0”。一個(gè)應(yīng)用實(shí)例：通過(guò)電控閥瓣控制溫度，即是借助二進(jìn)制脈沖數(shù)值輸出信號(hào)來(lái)控制熱量輸出的溫度調(diào)節(jié)和利用閥門控制制冷容量。在這種情況下，為了全部關(guān)閉閥門，受控變量（ER*GAIN）應(yīng)該有一個(gè)負(fù)值。

6.2.3   說(shuō)明

除了過(guò)程數(shù)據(jù)通道的功能外，SFB/FB“CONT_S”（步進(jìn)控制器）可以使用一個(gè)數(shù)字受控?cái)?shù)值輸出和手動(dòng)影響控制數(shù)值選項(xiàng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的PI控制器。步進(jìn)控制器不使用位置反饋信號(hào)。限位信號(hào)可以用于限制脈沖輸出。下面你可以找到詳細(xì)的子功能說(shuō)明：

6.2.3.1 設(shè)定點(diǎn)操作

設(shè)定點(diǎn)以浮點(diǎn)數(shù)格式在“SP_INT”輸入端上輸入。

6.2.3.2 實(shí)際數(shù)值操作

過(guò)程變量可以在外圍設(shè)備（I/O）或浮點(diǎn)數(shù)格式輸入?！?/span>CRP_IN”功能可以將“PV_PER”外圍設(shè)備數(shù)值轉(zhuǎn)換為一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)格式的數(shù)值，在 –100和+100 % 之間，轉(zhuǎn)換公式如下：

CPR_IN 的輸出=PV_PER x100/27648

“PV_NORM”功能可以根據(jù)下述公式標(biāo)準(zhǔn)化“CRP_IN”的輸出：

PV_NORM的輸出 = （CPR_IN的輸出） x PV_FAC + PV_OFF

PV_FAC的缺省值為“1”，PV_OFF的缺省值為“0”。

變量“PV_FAC”和“PV_OFF”為下述公式轉(zhuǎn)化的結(jié)果：

PV_OFF = （PV_NORM的輸出） - （CPR_IN的輸出）x PV_FAC

PV_FAC =（（PV_NORM的輸出） - PV_OFF）/（CPR_IN 的輸出）

6.2.3.3 負(fù)偏差計(jì)算

設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際數(shù)值之間的區(qū)別便形成負(fù)值偏差。為了抑制由于受控變量的量化 造成的小的、恒定的振蕩（例如，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門引起的受控?cái)?shù)值的波動(dòng)），為負(fù)偏差設(shè)置了一個(gè)死區(qū)（DEADBAND）。如果DEADB_W = 0，則死區(qū)將被關(guān)閉。

6.2.3.4 PI步進(jìn)算法

SFB/FB“CONT_S”（步進(jìn)控制器）不使用位置反饋信號(hào)。PI算法的積分操作和假定位置反饋信號(hào)都在積分器（INT）中計(jì)算，并作為一個(gè)反饋值與剩余P操作進(jìn)行比較。比較差被用于一個(gè)三步元件（THREE_ST）和一個(gè)脈沖發(fā)生器（PULSEOUT），以生成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制脈沖。控制器的開(kāi)關(guān)頻率可以通過(guò)在三步元件上采用閾值控制來(lái)減少。

6.2.3.5 前饋控制

一個(gè)干擾變量被引入“DISV”輸入端。

6.2.3.6 初始化操作

SFB/FB“CONT_S”（步進(jìn)控制器）有一個(gè)初始化程序，可以在輸入?yún)?shù)COM_RST= TRUE置位時(shí)運(yùn)行。所有其它輸出端都設(shè)置為其缺省值。

6.2.3.7 出錯(cuò)信息

故障輸出參數(shù)RET_VAL不使用。

6.2.3.8 SFB/FB“CONT_S”（步進(jìn)控制器）塊圖

如圖14

圖 14

6.2.3.9 輸入?yún)?shù)

SFB 42/FB 42“CONT_S”（如圖15）

圖 15

下表列出SFB 42/FB 42“CONT_S”輸入?yún)?shù)的說(shuō)明：

3)    “設(shè)定值通道”和“過(guò)程變量通道”中的參數(shù)，應(yīng)該有相同的單位；

4)    受控量通道中的參數(shù)應(yīng)該有相同的單位。

6.2.3.10   輸出參數(shù)

下表列出SFB 42/FB 42“CONT_S”輸出參數(shù)的說(shuō)明：

6.3脈沖寬度調(diào)制器SFB 43/FB 43“PULSEGEN”

6.3.1    簡(jiǎn)介

SFB/FB“PULSEGEN”（脈沖發(fā)生器）可以用于為PID控制器使用比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的脈沖輸出。在線電子手冊(cè)，見(jiàn)Start > SIMATIC > Documentation > English> STEP 7 – PIDControl（見(jiàn)圖）。

6.3.2    應(yīng)用程序

使用SFB/FB“PULSEGEN” （脈沖發(fā)生器），可以通過(guò)脈沖寬度調(diào)制，組態(tài)PID兩步或三級(jí)控制器。該功能一般與連續(xù)控制器SFB/FB“CONT_C”一起使用。（如圖16）

圖 16

6.3.3    說(shuō)明

功能“PULSEGEN”可以通過(guò)調(diào)制脈沖寬度，將輸入變量“INV”（= PID控制器的LMN）轉(zhuǎn)換為一個(gè)恒定周期的脈沖串，該恒定周期相當(dāng)于輸入變量刷新的循環(huán)時(shí)間，必須在“PER_TM”中賦值。

每個(gè)周期的脈沖寬度與輸入變量成正比?！?/span>PER_TM”中的循環(huán)時(shí)間與SFB/FB“PULSEGEN”的處理時(shí)間不同?！?/span>PER_TM”循環(huán)時(shí)間由多個(gè)SFB/FB“PULSEGEN”執(zhí)行循環(huán)之和。因此，每個(gè)“PER_TM”循環(huán)的SFB/FB“PULSEGEN”調(diào)用次數(shù)是脈沖寬度，可以精確測(cè)量脈沖寬度。最小受控?cái)?shù)值在參數(shù)“P_B_TM”中確定。（如圖17）

圖17

6.3.3.1 脈沖寬度調(diào)制

輸入變量30%以及每個(gè)PER_TM循環(huán)時(shí)間調(diào)用SFB/FB“PULSEGEN”10次，含義如下：

· 對(duì)于前三個(gè)SFB/FB“PULSEGEN”（10次調(diào)用的30 %），輸出“QPOS”為“1”

· 對(duì)于其余7個(gè)SFB/FB“PULSEGEN”（10次調(diào)用的70 %），輸出“QPOS”為“0”

6.3.3.2 SFB/FB“PULSEGEN”塊圖

如圖18。

圖 18

6.3.3.3 受控?cái)?shù)值的精度

如果“采樣頻率比例”為1:10（“CONT_C”調(diào)用與“PULSEGEN”調(diào)用之比），那么在這個(gè)例子中受控?cái)?shù)值的精度降低為10 %。換句話說(shuō)，設(shè)定的輸入數(shù)值“INV”只能在 “QPOS” 輸出端上以“10％”的步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成脈沖寬度。

只有當(dāng)每次“CONT_C”調(diào)用中“PULSEGEN”調(diào)用的次數(shù)增加時(shí)，才能提高精度。

例如，如果每個(gè)“CONT_C”調(diào)用的“PULSEGEN”調(diào)用次數(shù)為100，受控?cái)?shù)值的分辨率將達(dá)到 1%（建議分辨率<= 5="">）。

注意

“采樣頻率比例”必須由用戶編程。

6.3.3.4 自動(dòng)同步

可以使刷新輸入變量“INV”的塊（例如，“CONT_C”），與脈沖輸出自動(dòng)同步。這就保證了輸入變量中的一個(gè)變化可以盡可能快地輸出為一個(gè)脈沖。

脈沖發(fā)生器可以根據(jù)“PER_TM”的周期為時(shí)間間隔，定期評(píng)價(jià)輸入數(shù)值“INV”，并將該數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)長(zhǎng)度的脈沖信號(hào)。

但是，由于“INV”一般在較慢的循環(huán)中斷級(jí)中計(jì)算，所以脈沖發(fā)生器應(yīng)在“INV”刷新后盡可能快地將具體數(shù)值轉(zhuǎn)換為一個(gè)脈沖信號(hào)。

為此，塊必須使用下述程序?qū)χ芷诘钠瘘c(diǎn)同步：

如果“INV”變化，并且塊調(diào)用不在一個(gè)周期的第1個(gè)或最后兩個(gè)調(diào)用循環(huán)中，可以進(jìn)行同步。將重新計(jì)算脈沖寬度，并在下一個(gè)循環(huán)中輸出一個(gè)新的周期。（如圖19）

圖 19

自動(dòng)同步可以根據(jù)“SYN_ON”（= FALSE）輸入關(guān)閉。

注意

在一個(gè)周期的開(kāi)始，“INV”（即LMN）的先前數(shù)值的映像將被或多或少的混合到脈沖信號(hào)中。

6.3.3.5 PID控制器輸出工作模式

根據(jù)脈沖發(fā)生器所賦值的參數(shù)，可以將PID調(diào)節(jié)器組態(tài)成具有一個(gè)三級(jí)輸出或者一個(gè)兩向或單向的兩極輸出PID控制器。下表所示為可能模式的開(kāi)關(guān)組合設(shè)置：

6.3.3.5.1三級(jí)控制

在“三級(jí)控制”模式下，可以生成控制信號(hào)的三種狀態(tài)。二進(jìn)制輸出信號(hào)“QPOS_P”和“QNEG_P”的數(shù)值可以賦值給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。

下表所示為一個(gè)溫度控制的例子：

根據(jù)輸入變量，使用一個(gè)特性曲線可以計(jì)算脈沖寬度。特性曲線的形狀取決于最小脈沖時(shí)間或最大中斷時(shí)間和比例系數(shù)。

比例系數(shù)的正常值為“1”。

曲線中的“拐點(diǎn)”是由于最小脈沖時(shí)間或最小中斷時(shí)間造成的。

最小脈沖或最小間隔時(shí)間

正確賦值最小脈沖或最小中斷時(shí)間“P_B_TM”，可以防止短促的開(kāi)斷時(shí)間，降低開(kāi)關(guān)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命。

注意

否則，會(huì)刪除可以生成一個(gè)短于“P_B_TM”脈沖寬度的輸入變量“LMN”的較小絕對(duì)值?？梢陨擅}沖寬度大于“PER_TM-P_B_TM”的較大輸入值被設(shè)置為100 % 或-100 %。

正脈沖寬度和負(fù)脈沖寬度可以根據(jù)輸入變量（單位[％]）和周期時(shí)間相乘進(jìn)行計(jì)算。

脈沖周期=INV / 100 xPER_TM

下圖（如圖20）所示為一個(gè)三級(jí)控制器的系統(tǒng)曲線（比例系數(shù)=1）：

圖 20

使用比例系數(shù)“RATIOFAC”，可以改變正脈沖寬度和負(fù)脈沖寬度之比。例如，對(duì)于熱處理，這可用于使用不同的時(shí)間常數(shù)加熱和冷卻執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

比例系數(shù)也會(huì)影響最小脈沖/暫停周期。比例系數(shù)<>意思是指負(fù)脈沖的閾值乘以比例系數(shù)。

比例系數(shù) <>

通過(guò)輸入數(shù)值乘以脈沖周期所計(jì)算的比例系數(shù)，可以減少負(fù)脈沖輸出的脈沖周期。

正脈沖周期= INV/100 xPER_TM

負(fù)脈沖周期= INV/100 xPER_TM x RATIOFAC

下圖（如圖21）所示為一個(gè)三級(jí)控制器的系統(tǒng)曲線（比例系數(shù)=0.5）：

圖 21

比例系數(shù) > 1

通過(guò)輸入數(shù)值乘以脈沖周期所計(jì)算的比例系數(shù)，可以減少正脈沖輸出的脈沖周期。

負(fù)脈沖周期=INV/100 xPER_TM

正脈沖周期=INV/100 xPER_T/ RATIOFAC

6.3.3.5.2二級(jí)控制

對(duì)于二級(jí)控制，只能將PULSEGEN的正脈沖輸出“QPOS_P”連接到I/O執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)所使用的受控?cái)?shù)值范圍，二級(jí)控制器可以有一個(gè)雙極或單極受控?cái)?shù)值范圍。

6.3.3.5.2.1    兩級(jí)調(diào)節(jié)，帶雙向調(diào)節(jié)區(qū)（-100%…+100%）

圖 22

6.3.3.5.2.2    兩級(jí)調(diào)節(jié)，帶單向調(diào)節(jié)區(qū)（0…+100%）

圖 23

如果控制循環(huán)中二級(jí)控制器的連接需要一個(gè)執(zhí)行脈沖的邏輯轉(zhuǎn)換二進(jìn)制信號(hào)，可以在“QNEG_P”將輸出信號(hào)進(jìn)行“非”運(yùn)算。

6.3.3.5.3二級(jí)控制或三級(jí)控制中的手動(dòng)模式

在手動(dòng)模式（MAN_ON = TRUE）中，三級(jí)控制器或二級(jí)控制器的二進(jìn)制輸出可以使用信號(hào)

“POS_P_ON”和“NEG_P_ON”以及“INV”進(jìn)行設(shè)置。

6.3.3.6 初始化

SFB“PULSGEN”有一個(gè)初始化程序，可以在輸入?yún)?shù)COM_RST= TRUE置位 時(shí)運(yùn)行。

所有信號(hào)都被設(shè)置為“0”。

6.3.3.7 出錯(cuò)信息

故障輸出參數(shù)RET_VAL不使用。

6.3.3.8 輸入?yún)?shù)

SFB 43/FB 43“PULSEGEN”（如圖24）

圖 24

下表列出SFB 43/FB 43“PULSEGEN”輸入?yún)?shù)的說(shuō)明：

輸入?yún)?shù)的數(shù)值在塊中沒(méi)有限制。沒(méi)有參數(shù)檢查。

6.3.3.9 輸出參數(shù)

下表列出SFB 43/FB 43“PULSEGEN”輸出參數(shù)的說(shuō)明：

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