西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

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FB41(CONT_C)

西门子PID功能块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。

西门子PID功能块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。

西门子PID功能块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 。

西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

图1.FB41"CONT_C" 的方框图

主要参数

西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

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:
0:自动
1:手动
PVPER_ON IN BOOL FALSE 设定值选择外设 PVPER_ON:
0:当前值选择PV_IN
1:当前值选择PV_PER
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:
0:关闭比例作用
1:激活比例作用
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
(仅自动模式有用)
I_ITL_ON IN BOOL FALSE 积分设定值 I_ITL_ON:
0:积分作用值由偏差计算
1:积分作用值为I_ITLVAL
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
当前值在该范围内,PID输出保持不变
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 应用
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

西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

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:
0:单极性
1:双极性

RET_VAL OUT WORD 错误信息
OUT OUT REAL 输出

西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

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(%)

西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

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;
2,PID输出正/反作用由GAIN参数正负选择:
+:正作用:输出增大,偏差减小
-:反作用:输出减小,偏差减小
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
(0-27648)

LMN输出

利用量程转换块FC106"UNSCALE"将LMN转换为0-27648的工程量

西门子PID功能块FB41(CONT_C)基本应用

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:
0:单极性
1:双极性

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

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图7.FB41"CONT_C"LMN_PER输出

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