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FB41（CONT_C）基本使用
FB41“CONT_C”用于在SIMATIC S7可编程控制器上，控制带有连续输入和输出变量的工艺过程。在参数分配期间，用户可以激活或取消激活PID控制器的部分功能，如积分冻结等，以使控制器适合实际的工艺过程。
FB41“CONT_C”可以将控制器用作PID固定设定值控制器，或者在多回路控制中用作级联、混合或比率控制器。控制器的功能基于采样控制器的PID控制算法，采样控制器带有一个模拟信号；如果需要的话，还可以扩展控制器的功能，增加一个脉冲生成器环节，以产生脉宽调制的输出信号，用于带有比例执行器的两步或三步控制器。
FB41“CONT_C”必须在OB定时中断内调用，并将CYCLE（采样时间）管脚的调用时间与 OB定时中断保持一致，即相等 。
图1.FB41"CONT_C" 的方框图
主要参数
图2. FB41"CONT_C" 程序块
注：以TIA Portal V13 SP1为例，该功能块在STEP 7中的管脚与其相同
表1. FB41"CONT_C" 的输入参数
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 取值范围 | 默认 | 描述 | 应用 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| COM_RST | IN | BOOL | FALSE | 完全重启动 | 置位后需手动去复位 | |
| MAN_ON | IN | BOOL | TRUE | 手/自动切换按钮 | MAN_ON: | |
| PVPER_ON | IN | BOOL | FALSE | 设定值选择外设 | PVPER_ON: | |
| PV_IN | IN | REAL | -100~100(%)或者 物理值 | 0.0 | 过程变量输入 | 必须与SP_INT单位一致 |
| PV_PER | IN | WORD | 16#0000 | 外设过程变量输入 | PIW xxx | |
| SP_INT | IN | REAL | -100~100(%)或者 物理值 | 0.0 | 内部设定值 | |
| P_SEL | IN | BOOL | TRUE | 比例作用激活 | P_SEL: | |
| I_SEL | IN | BOOL | TRUE | 积分作用激活 | I_SEL: 0:关闭积分作用 1:激活积分作用 | |
| INT_HOLD | IN | BOOL | FALSE | 积分冻结 | 冻结当前积分作用 | |
| I_ITL_ON | IN | BOOL | FALSE | 积分设定值 | I_ITL_ON: | |
| I_ITLVAL | IN | REAL | -100~100(%) | 0.0 | 积分初始值 | |
| D_SEL | IN | BOOL | FALSE | 微分作用打开 | I_SEL: 0:关闭微分作用 1:激活微分作用 | |
| CYCLE | IN | TIME | >=1 ms | T#1s | 采样时间 | 建议：与定时中断时间设置相同 |
| MAN | IN | REAL | -100~100(%) | 0.0 | 手动值 | |
| GAIN | IN | REAL | 2.0 | 比例因子 | ||
| TI | IN | TIME | >=CYCLE | T#20s | 积分时间 | |
| TD | IN | TIME | >=CYCLE | T#10s | 微分时间 | |
| TM_LAG | IN | TIME | 〉=CYCLE/2 | T#2s | 微分作用的时间延迟 | TM_LAG越大，微分作用越小 |
| DEAD_W | IN | REAL | >=0.0 | 0.0 | 死区宽度 | SP_INT-DEAD_W<PV_IN<SP_INT+DEAD_W |
| LMN_HLM | IN | REAL | 100.0 | 调节值上限 | ||
| LMN_LLM | IN | REAL | 0.0 | 调节值上限 | ||
| PV_FAC | IN | REAL | 1.0 | 过程变量因子 | ||
| PV_OFF | IN | REAL | 0.0 | 过程变量偏移量 | ||
| LMN_FAC | IN | REAL | 1.0 | 调节值因子 | ||
| LMN_OFF | IN | REAL | 0.0 | 调节值偏移量 | ||
| DISV | IN | REAL | -100~100(%) | 0.0 | 干扰变量 |
表2. FB41"CONT_C" 的输出参数
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 取值范围 | 默认 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LMN | OUT | REAL | 0.0 | 调节值 | ||
| LMN_PER | OUT | WORD | 16#0000 | 外设调节值 | PQW xxx | |
| QLMN_HLM | OUT | BOOL | FALSE | 调节值上限报警 | ||
| QLMN_LLM | OUT | BOOL | FALSE | 调节值下限报警 | ||
| LMN_P | OUT | REAL | 0.0 | 比例分量 | ||
| LMN_I | OUT | REAL | 0.0 | 积分分量 | ||
| LMN_D | OUT | REAL | 0.0 | 微分分量 | ||
| PV | OUT | REAL | 0.0 | 当前值输出 | ||
| ER | OUT | REAL | 0.0 | 偏差 | ER=SP_INT-PV_IN |
基本功能
由图 1 可知，FB41可以分为偏差产生、PID运算、PID输出三部分。
以下为管道压力控制实例说明：
升压时，阀门开度增加；降压时，阀门开度减小。
被控对象：0-100Kpa （压力）输入信号：4-20mA
设 定 值 ：60Kpa
执行元件：0-100% （阀门）输出信号：4-20mA
手/自动选择（MAN_ON）
表3.MAN_ON的选择
| 参数 | 状态 | 说明 |
|---|---|---|
| MAN_ON | 0 | 自动控制：PID经过程序块计算输出 |
| MAN_ON | 1 | 手动控制：直接由MAN控制输出 |
当前值PV_IN与PV_PER的选择
表4.PVPER_ON的选择
| 参数 | 状态 | 说明 |
|---|---|---|
| PVPER_ON | 0 | PV_IN有效 |
| PVPER_ON | 1 | PV_PER有效 |
注：无论当前值选择哪个管脚，SP_INT必须与其量纲相同
PVPER_ON=0
利用量程转换块FC105"SCALE"将过程变量转换为实际工程量
图3.FC105“SCALE”量程转换块
注：以TIA Portal V13 SP1为例，该功能块在STEP 7中的管脚与其相同
表5.FC105“SCALE”参数引脚
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| IN | IN | INT | 输入 | PIW xxx |
| HI_LIM | IN | REAL | 输出值上限 | |
| LO_LIM | IN | REAL | 输出值下限 | |
| BIPOLAR | IN | BOOL | 极性选择 | BIPOLAR： |
| RET_VAL | OUT | WORD | 错误信息 | |
| OUT | OUT | REAL | 输出 |
图4.PVPER_ON=0时，PV_IN有效
PVPER_ON=1
直接将过程变量输入到PV_PER管脚，会按照以下公式进行规格化转换。
公式:PV=(PV_PER*100/27648)*PV_FAC+PV_OFF
默认转换为0-100（%）
图5.PVPER_ON=1时，PV_PER有效
PID参数输入
表6.PID参数设定
| 参数 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|
| GAIN | 比例增益 | 1,GAIN越大，比例作用越大; |
| TI | 积分时间 | TI越大，积分作用越小 |
| TD | 微分时间 | TD越大，微分作用越大 |
PID输出LMN与LMN_PER选择
表7.PID输出管脚
| 参数 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| LMN | REAL | 默认输出0-100(%) |
| LMN_PER | WORD | 16#0-16#6C00 |
LMN输出
利用量程转换块FC106"UNSCALE"将LMN转换为0-27648的工程量
图6.FC106"UNSCALE"量程转换块
注：以TIA Portal V13 SP1为例，该功能块在STEP 7中的管脚与其相同
表8.FC106"UNSCALE"参数引脚
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 取值范围 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| IN | IN | REAL | 输入 | ||
| HI_LIM | IN | REAL | 输入值上限 | ||
| LO_LIM | IN | REAL | 输入值下限 | ||
| BIPOLAR | IN | BOOL | 极性选择 | BIPOLAR： | |
| RET_VAL | OUT | WORD | 错误信息 | ||
| OUT | OUT | INT | 输出 |
LMN_PER
直接将PQWxxx连接到LMN_PER管脚控制输出
图7.FB41"CONT_C"LMN_PER输出
FB43（PULSEGEN）
FB43 “PULSEGEN”用于构造一个PID控制器，以生成脉冲输出，用于比例执行器。还可以配置带有脉宽调制的两步或三步PID控制器，通常与FB41一起使用。
图1. FB41"CONT_C" 与FB43 “PULSEGEN”
主要参数
图2. FB43 “PULSEGEN" 程序块
注：以TIA Potal V13 SP1为例，该功能块在STEP 7中的管脚与其相同
表1. FB43 “PULSEGEN" 的输入参数
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 取值范围 | 默认 | 描述 | 应用 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| INV | IN | REAL | -100~100(%) | 0.0 | 模拟量输入 | 上一级PID (FB41) 输出 |
| PER_TM | IN | TIME | T#1s | 脉冲周期 | 上一级PID (FB41) 周期 | |
| P_B_TM | IN | TIME | T#50 ms | 最小脉冲开/关时间 | 防止执行器频繁开关 | |
| RATIOFAC | IN | REAL | 0.1~10.0 | 1.0 | 比率因子 | 改变正负脉冲宽度之比 |
| STEP3_ON | IN | BOOL | TRUE | 三步控制 | 激活三步控制，两个脉冲输出都在激活状态 | |
| ST2BI_ON | IN | BOOL | FALSE | 两步控制 | ||
| MAN_ON | IN | BOOL | FALSE | 手/自动切换按钮 | MAN_ON: | |
| POS_P_ON | IN | BOOL | FALSE | QPOS_P手动输出 | ||
| NEG_P_ON | IN | BOOL | FALSE | QNEG_P手动输出 | ||
| SYS_ON | IN | BOOL | TRUE | 周期同步 | MAN_ON: | |
| COM_RST | IN | BOOL | FALSE | 完全重启动 | ||
| CYCLE | IN | TIME | T#10ms | 采样时间 | FB43 采样时间与调用组织块相同 |
表2. FB43 “PULSEGEN" 的输出参数
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 取值范围 | 默认 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| QPOS_P | OUT | BOOL | FALSE | 正向脉冲 | ||
| QNEG_P | OUT | BOOL | FALSE | 负向脉冲 |
表3. FB43 “PULSEGEN" 的静态变量
| 参数 | 变量类型 | 数据类型 | 取值范围 | 默认 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| siZaehlPer | STATS | INT | 0 | 总脉冲数 | 一个脉冲周期内的脉冲个数，倒数计数 | |
| siZaehlPTm | STATS | INT | 0 | 实际高电平脉冲数 | 一个脉冲周期内的实际高电平脉冲个数，倒数计数 |
FB43 “PULSEGEN" 的工作模式
脉宽调制
在每个周期持续时间内，脉冲的持续时间和输入变量成比例。 通过 PER_TM 分配的周期与 PULSEGEN 指令的处理周期不同。 相反，PER_TM 周期由 PULSEGEN 指令的多个处理周期组成，因此每个 PER_TM 周期中 PULSEGEN 调用的次数决定了脉冲宽度的精度。
图3. FB43 “PULSEGEN" 脉宽调制
调节值的精度
由上图可见:
“采样比率”为 1:10（CONT_C 调用与 PULSEGEN 调用之比）时，此示例中的调节值精度将限制为 10%，换言之，只能在输出 QPOS_P 以 10% 为步长的脉冲持续时间对设置的输入值 INV 进行模拟。
精度将随每次 CONT_C 调用中 PULSEGEN 调用的次数的增加而提高。
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%。
自动同步
可以使脉冲输出与更新输入变量 INV 的指令（例如 CONT_C）自动同步。 这样可以确保尽快将输入变量的变化输出为脉冲。
脉冲执行器以对应周期持续时间 PER_TM 的时间间隔评估输入值 INV，并将该值转换成相应长度的脉冲信号。
由于通常以较慢的循环中断等级计算 INV，因此在 INV 更新之后，脉冲执行器应尽快开始将离散值转换为脉冲信号。
为此，块可以使用以下步骤来与周期的起始点同步：
如果 INV 发生变化，且块调用不在周期的第一个或最后两个调用循环中，则执行同步。 脉冲持续时间将重新计算，并在下一个循环与新周期一起输出。
图4. FB43 “PULSEGEN" 自动同步
如果 SYN_ON = FALSE，自动同步将关闭。
TIA V13 SP1与 STEP 7 V5.5控制面板对比
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
打开路径如下:
图1. STEP 7 V5.5PID 控制面板路径
打开软件后，找到需要调试的项目及背景数据块
图2. STEP 7 V5.5 PID程序调试路径
1. 打开项目;
2. 找到需要调试的项目;
3. 打开程序块;
4. 选择在线"on line";
5. 选择FB41“CONT_C”的背景数据块
图3. STEP 7 V5.5 PID控制面板
1, Process Variable:过程量(反馈)处理
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| internal | PVPER_ON | PVPER_ON=0 |
| I/O | PVPER_ON=1 | |
| Normalization factor | PV_FAC | 过程变量因子 |
| Normalization offset | PV_OFF | 过程变量偏移量 |
2，PID Parameters:PID参数
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Proportional | GAIN | 比例 |
| Reset Time | TI | 积分 |
| Initial Value | I_ITLVAL | 积分初始值 |
| Derivative | TD | 微分 |
| Integral bbbbbb Hold | INT_HOLD | 积分保持 |
| Delay time | TM_LAG | 微分延迟 |
注:勾选项为是否激活该功能
3，Manipulated Variable:手/自动选择及PID输出控制
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Automatic Operation | MAN_ON | MAN_ON=0 |
| Manual Operation | MAN_ON=1 | |
| Upper Limit | LMN_HLM | 调节值上限 |
| Lower Limit | LMN_LLM | 调节值下限 |
| Normalization factor | LMN_FAC | 调节值因子 |
| Normalization offset | LMC_OFF | 调节值偏移量 |
4，Dead Band: 死区
Dead Band bbbbb:DEAD_W(死区宽度)
STEP 7 V5.5 的PID 控制面板可提供曲线监控，如下图所示
图4. 控制面板曲线
1，打开曲线
2，选择曲线:可选择设定值、反馈值、输出等等(如下图)
3，启动曲线
图5. 曲线选择
FB41“CONT_C” TIA V13 SP1控制面板
相比较STEP 7 V5.5，TIA V13 SP1的控制面板相对简单，主要由组态与调试两个部分构成：
图6. TIA V13 SP1调试路径
双击组态进入调试界面
图7. 过程变量控制
图8. PID参数设置
图9. PID输出控制
图10. PID 调试面板
FB58 “TCONT_CP“ STEP 7 V5.5 控制面板
打开路径如下:
图11. FB58 “TCONT_CP“ 控制面板路径
图12. FB58 “TCONT_CP“ 控制面板
1，采样时间与死区
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Controller_sampling | CYCLE | 采样时间 |
| Dead band bbbbb | DEAD_W | 死区 |
2，Process Value：过程量(反馈)处理
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| 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 | 过程变量因子 |
| Offset | PV_OFFS | 过程变量偏移量 |
注：勾选复选框表示PVPER_ON=1
3，PID Parameters：PID参数
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Proportional gain | GAIN | 比例 |
| Integral time | TI | 积分 |
| Derivative time | TD | 微分 |
| Initialize integral bbbbbb | I_ITL_ON | 积分设定使能 |
| Factor for setpoint change | PFAC_SP | 设定值比例因子 |
| Derivative factor | D_F | 微分因子 |
| Initial value | I_ITLVAL | 积分初始值 |
4，Control Zone：控制带
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Enable | CONZ_ON | 控制带使能 |
| bbbbb | CON_ZONE | 控制带宽度 |
注：勾选复选框表示CONZ_ON=1
5，Manipulated Variable：PID输出控制
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Upper limit | LMN_HLM | 调节值上限 |
| Lower limit | LMN_LLM | 调节值下限 |
| Factor | LMN_FAC | 调节值因子 |
| Offset | LMN_OFFS | 调节值偏移量 |
6，Pulse Generator：脉冲发生器
| 名称 | 对应变量 | 备注 |
|---|---|---|
| Enable | PULSE_ON | 激活脉冲功能 |
| Sampling time | CYCLE_P | 脉冲整形器作用的采样时间 |
| Minimum pulse/break time | P_B_TM | 最小脉冲/中断时间 |
| Period | PER_TM | 周期时间 |
注：勾选复选框表示PULSE_ON=1
FB58"TCONT_CP"自整定控制面板操作参看自整定章节
FB58 “TCONT_CP“ TIA V13 SP1控制面板
相比较STEP 7 V5.5，TIA V13 SP1的控制面板相对简单，主要由组态与调试两个部分构成：
图13. 过程变量控制
图14. PID参数设置
图15. PID输出控制
图16. 调试面板
长沙 西门子 6ES7953-8LM20-0AA0