温度PID控制功能块FB58使用入门Word格式.docx

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控制回路〔例如控制冷却风扇的频率、或者冷媒的供应量来控制温度〕。

如果用于冷却，那么回路工作在反

作用状态，那么需要给比例增益参数GAIN分配一个负数，其他保持不变。

和常规PID功能块〔例如FB/SFB41〕比照，FB58具有如下特性：

提供控制带〔ControlZone〕功能；

控制输出提供脉冲方式；

过程值转换增加对温度信号转换〔PV_PER*0.1/0.01〕方式的支持；

参数保存和重新装载；

控制器参数自整定功能；

设定值变化时的比例作用弱化功能。

2FB58根本使用

2.1功能块调用

在STEP

7中，提供了关于FB58和FB59的一个例如工程，其路径如下列图所示：

图1FB58/59例如工程

该例如工程包含有如下几个例如程序：

〔1〕连续控制器Continuouscontroller

输出类型是连续数值的一类控制器，其中的FB100和DB100是一个模拟的控制对象；

〔2〕脉冲控制PulsecontrolOB35,OB1

输出类型是单个脉冲信号的一类控制，在OB35和OB1中同时调用，其中的FB102和DB102是一个模拟的

接收脉冲信号的控制对象；

〔3〕脉冲控制PulsecontrolOB35,OB32

输出类型是单个脉冲信号的一类控制，在OB35和OB32中同时调用，其中的FB102和DB102是一个模拟的

接收脉冲信号的控制对象。

和上一个工程不同，这个工程要求运行的CPU能够支持OB32定时中断，例如

S7-400CPU；

〔4〕脉冲控制器Pulsecontroller

输出类型是单个脉冲信号的一类控制，只在OB35中调用，其中的FB102和DB102是一个模拟的接收脉冲

信号的控制对象。

和前面两个工程不同，这个工程只在OB35中调用一次FB58即可；

〔5〕步进控制器Stepcontroller

输出类型是两个脉冲信号的一类控制，只在OB35中调用，其中的FB101和DB101是一个模拟的控制对

象，例如步进电动阀门。

这是一个FB59的应用例如。

通过例如工程可以测试FB58的各项功能。

在具体的编程过程中，可以从例如工程中将相关功能块、组织

块、背景数据块拷贝过来，也可以直接编程调用。

7中创立一个OB35，翻开并在其中添加FB58：

图2调用FB58

如上图所示，在左侧的总览列表中，依次进入“Libraries〞󰀀

“StandardLibrary〞󰀀

“PIDControlBlocks〞，在

其中拖拽FB58到右侧编程窗口中。

填写一个背景数据块〔例如DB58〕，由于是新建的一个DB块，软件会

弹出如下窗口：

图3生成背景数据块

点击“Yes〞即可生成一个用于FB58的背景数据块。

在块〔“Blocks〞〕中找到刚生成的DB块，双击翻开：

图4背景数据块

在背景数据块中可以直接修改相关的控制参数，然后点击工具栏上的按钮来下载参数。

如果需要查看

更加具体的参数信息，可以切换到数据视图：

图5切换到数据视图

在数据视图中，可以点击工具栏上的来进展在线监控。

2.2过程值的处理

在FB58中，对模拟量的处理遵照如下流程图：

图6过程值处理流程

如图中所示，FB58提供有两个过程值的输入通道：

PV_IN和PV_PER，这两个通道用PVPER_ON来选择：

表1PVPER_ON参数

过程值输入

True模拟量输入通道的数值直接从PV_PER输入

False过程量以浮点型数据从PV_IN输入

注：

PVPER_ON的默认值为False。

对于PV_PER的输入，根据温度测量方式的不同，从模拟量输入通道过来的数据格式也有所不同，因此，

FB58提供过程值格式转换的环节CRP_IN，其中涉及到参数PER_MODE：

表2PER_MODE参数

转换方式单位

0PV_PER*0.1℃/℉

1PV_PER*0.01℃/℉

2PV_PER*100/27648/电流百分数%

PER_MODE的默认值为0。

从图1中的处理流程中可以看到经过CRP_IN之后，还有一个规格化〔Normalize〕的环节PV_NORM。

该

环节可以对过程值进展修正，对于温度值，可以规格化为百分比值，同样地，百分比的值也可以规格化为

温度值。

其转换公式是：

PV_NORM的输出=CPR_IN的输出*PV_FAC+PV_OFFS

例如，通过温度变送器将一个-200℃~1000℃围里的温度值以4~20mA的信号送至模拟量输入通道

PIW256中。

在FB58中设置

PV_PER=PIW256

PVPER_ON=TRUE

PER_MODE=2

PV_FAC=1.2

PV_OFFS=-200.0

通过如上的参数设置，那么在“PV〞参数中得到一个温度值。

同样地，此时的设定值SP_INT可以直接设置为

设定值SP_INT的取值由过程值的处理过程所决定，如果过程值经过处理得到一个百分比的值，那么

SP_INT就是一个量程的百分比；

如果处理得到一个实际温度值，那么设定值SP_INT也必须是一个温度

值。

SP_INT必须要有和过程值一样的根本单位。

2.3PID运算

PID运算是FB58的运算核心，主要通过对偏差信号〔设定值S

P_INT-过程值PV〕进展比例、积分、微分运算来得到对阀门、变频器等执行机构的控制信号。

具体流图如下列图所示：

图7PID运算流程

从上述流程图中有如下几点信息：

-比例、积分和微分都是比照例和增益参数的乘积之积的运算，其在时间域上的表达式为：

-特殊地，在积分时间TI和微分时间TD为0的时候，积分作用和微分作用被取消激活，此时为纯比例控制；

-对于反作用方式，需要将增益GAIN设置为负数；

-PFAC_SP为比例弱化功能。

在设定值SP_INT发生阶跃变化时，设置比例因子PFAC_SP，从而到达减弱

因为设定值修改而导致的不稳定，该比例因子PFAC_SP的取值围是0.0~1.0；

-对于积分作用，在I_ITL_ON为1的时候，积分结果就是I_ITLVAL；

-积分功能中的INT_HPOS和INT_HNEG参数为正向积分功能保持和反向积分功能保持，如果此时偏差ER

和增益GAIN的乘积为正，且INT_HPOS为True，那么此次运算周期中积分的增加量为0，即积分项LMN_I

的输出不会改变。

INT_HNEG的作用与此类似。

-微分功能中的D_F参数是微分因子，在微分运算中和周期时间CYCLE作用类似。

2.4手动/自动切换

FB58的手动/自动切换是通过参数MAN_ON来完成的，在MAN_ON为True的时候，PID处在手开工作状

态，此时，手动值通过参数MAN给出。

图8控制输出

默认情况下，LMN_HLM和LMN_LLM分别是100.0和0.0，从上图中可以看出，手动值的有效数值围也应

该是0.0~100.0。

在参数MAN_ON为False的情况下，PID投入运行，控制回路处于自开工作状态。

为了降低手动/自动切换过程中扰动，算法通过如下措施来实现无扰切换：

-在自动的状态下，比例和积分的运算结果之和会写入到单元MAN中，这样在由自动切换到手动的过程中

不会引起控制输出波动；

-在手动的状态下，积分项的输出等于MAN的值减去比例项的值〔偏差ER*增益Gain〕，而在自动状态

中，积分项是一个累计的结果，这样在切换到自动状态时积分项不会有太大的突变。

从上面的分析可以知道，FB58

已经集成了相应的无扰切换的功能，不需要编写额外的程序来实现。

2.5保存和重新装载参数

保存和重新装载控制器参数是FB58中的新功能，主要用来实现在多套参数之间的切换。

图9控制参数保存和重新装载

从上图中可以看出，控制参数的处理有三种方式：

〔1〕从PID_CON/PI_CON中装载

要实现此装载，必须满足如下几种条件：

手动控制状态〔MAN_ON=True〕；

PID_CON.GAIN或者PI_CON.GAIN不为0；

LOAD_PID为1

如果参数PID_ON为1，那么从PID_CON中装载如下参数：

GAIN、TI、TD，并计算CONZONE=250.0/GAIN

如果参数PID_ON为0，那么从PI_CON中装载如下参数：

GAIN、TI、TD，并计算CONZONE=250.0/GAIN。

特殊地，此时会关闭控制带功能，即设置CON_ZONE

参数为0，并让微分参数TD设置为0.0。

装载完成之后，参数LOAD_PID会自动复位。

值得注意的是，如果PID_CON中保存的增益参数PID_CON.GAIN为0，那么自动会修改PID_ON为0，并转而

从PI_CON中获取参数。

PID_CON/PI_CON中的参数来自于自整定过程。

〔2〕保存参数

保存参数可以在任何工作状态下进展，只需设置参数SAVE_PAR为1即可。

可以将如下参数保存找

PAR_SAVE构造体中：

PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_F、CONZ_ON、CON_ZONE

在保存完毕之后，参数位SAVE_PAR会自动复位。

〔3〕重新装载参数

重新装载是“保存参数〞的逆过程，但其执行是需要条件的：

PAR_SAVE.GAIN不为0；

参数UNDO_PAR为1。

在重新装载完成之后，参数UNDO_PAR会自动复位。

3高级功能

3.1控制带

温度控制回路是一个有明显滞后特性的对象，这给实际的调节过程带来了很多的问题，最显著的困难就是

在过程值偏离设定值较大时，调节过程过于缓慢，而在接近设定值时容易出现较大的超调。

从上述的两个问题出发，PID应该满足这样的功能：

-在偏差超过一定的围时，PID输出最大或者最小的调节量，让温度值快速回到一个小的围中，以缩短

回路的调节时间；

-在设定值附近时，越靠近调节量变化越小，以防止超调。

为此，FB58提供了一个“控制带（ControlZone）〞功能，其工作原理是这样的：

-当过程值PV大于设定值SP_INT，且偏差的绝对值超过CON_ZONE，那么以输出下限LMN_LLM作为输出

值；

-当过程值PV小于设定值SP_INT，且偏差的绝对值