西门子PID功能块FB41（CONT_C）基本应用

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。

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: 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	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

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

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; 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

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	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