西門子 FB41/42 PID控制說明200405
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西門子 FB41/42 PID控制說明200405
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PID_FB41_FB42_FB43
用 Step7 中 SFB41/FB 41，SFB42/FB42，
SFB43/FB43 實現 PID 控制
SLC A&D CS
May 2004
SLC A&D CS Page 1 of 49PID_FB41_FB42_FB43
目 錄
1 概述 ...................................................................................................................... 3
1.1 應用 ............................................................................................................... 3
1.2 控制系統(tǒng)分析 ................................................................................................. 4
2 PID系統(tǒng)控制器的選擇 ......................................................................................... 7
2.1 連續(xù)控制器、開關控制器 ............................................................................... 7
2.2 固定值控制器 ................................................................................................. 8
2.3 級聯控制器 .................................................................................................... 8
2.4 混合控制器 .................................................................................................... 8
2.5 比例控制器 .................................................................................................... 9
2.5.1 單循環(huán)比例控制器 ................................................................................... 9
2.5.2 多循環(huán)比例控制器 ................................................................................... 9
2.6 二級控制器 .................................................................................................... 9
2.7 三級控制器 .................................................................................................. 10
3 布線 .................................................................................................................... 10
3.1 布線規(guī)則 ...................................................................................................... 10
3.1.1 連接電纜 ............................................................................................... 10
3.1.2 屏蔽端接元件 ........................................................................................ 10
3.1.3 警告 ....................................................................................................... 10
3.1.4 其它信息 ............................................................................................... 10
4 參數賦值工具介紹 .............................................................................................. 10
4.1 調試 PID參數的用戶界面 ............................................................................ 11
4.2 獲取在線幫助的途徑 .................................................................................... 12
5 在用戶程序中實現 .............................................................................................. 12
5.1 調用功能塊 .................................................................................................. 12
5.2 背景數據塊 .................................................................................................. 13
5.3 程序結構 ...................................................................................................... 13
6 功能塊介紹 ......................................................................................................... 13
6.1 連續(xù)調節(jié)功能 SFB 41/FB 41 “CONT_C” .................................................... 13
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6.1.1 簡介 ....................................................................................................... 13
6.1.2 應用程序 ............................................................................................... 14
6.1.3 說明 ....................................................................................................... 14
6.2 步進控制功能 SFB 42/FB 42“CONT_S” ..................................................... 26
6.2.1 簡介 ....................................................................................................... 26
6.2.2 應用程序 ............................................................................................... 26
6.2.3 說明 ....................................................................................................... 27
6.3 脈沖寬度調制器 SFB 43/FB 43“PULSEGEN” ............................................ 36
6.3.1 簡介 ....................................................................................................... 36
6.3.2 應用程序 ............................................................................................... 36
6.3.3 說明 ....................................................................................................... 36
7 功能塊舉例 ......................................................................................................... 49
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，定期計算所需要的數據，保存在指定的DB中
（背景數據塊）。允許多次調用該功能塊。CONT_C塊與PULSEGEN塊組合使用，可以獲
得一個帶有比例執(zhí)行機構脈沖輸出的控制器（例如，加熱和冷卻裝置）。
? SFB41/FB41 (CONT_C)， 連續(xù)控制方式；
? SFB42/FB42 (CONT_S)， 步進控制方式；
? SFB43/FB43 (PULSEGEN)， 脈沖寬度調制器；
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算法的實際控制器。控制效率，即
處理速度取決于你所使用的CPU性能。對于給定的CPU，必須在控制器的數量和控制器所需
要執(zhí)行頻率之間找到一個折衷方案。連接的控制電路越快，所安裝的控制器數量越少，則每個
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時間單位計算的數值就越多。對于控制過程的類型沒有限制。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）和動態(tài)性能（滯后、空載時間、積分常數，等），都是設計系統(tǒng)
控制器及其靜態(tài)參數（P操作）和動態(tài)參數（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
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圖 2
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圖 3
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圖 4
2 PID 系統(tǒng)控制器的選擇
控制系統(tǒng)的屬性由技術過程和機器條件決定。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、開關控制器
? 連續(xù)控制器，輸出一個線性（模擬）數值。
? 開關控制器，輸出一個二進制（數字）數值。
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2.2 固定值控制器
固定值控制，使用設定固定數值進行的過程控制，只是偶爾修改一下參考變量，過程偏差的控
制。
2.3 級聯控制器
級聯控制器，控制器串行連接控制。第一個控制器（主控制器）決定了串行控制器（從控制
器）的設定點，或者根據過程變量的實際錯誤影響器設定點。
一個級聯控制器的控制性能可以使用其它的過程變量加以改進。為此，可以為主控制變量添加
一個輔助過程變量PV2（主控制器SP2的輸出）。主控制器可以將過程變量PV1施加給設定
點SP1，并且可以調整SP2，以便盡可能快地到達目標，而沒有過調節(jié)。（如圖5）
圖 5
2.4 混合控制器
混合控制器是指根據每個被控組件所需要的設定點總數量，來計算總SP數量的一種控制結
構。在此，混合系數FAC的和必須為“1”。（如圖6）
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圖 6
2.5 比例控制器
2.5.1 單循環(huán)比例控制器
用 Step7 中 SFB41/FB 41，SFB42/FB42，
SFB43/FB43 實現 PID 控制
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目 錄
1 概述 ...................................................................................................................... 3
1.1 應用 ............................................................................................................... 3
1.2 控制系統(tǒng)分析 ................................................................................................. 4
2 PID系統(tǒng)控制器的選擇 ......................................................................................... 7
2.1 連續(xù)控制器、開關控制器 ............................................................................... 7
2.2 固定值控制器 ................................................................................................. 8
2.3 級聯控制器 .................................................................................................... 8
2.4 混合控制器 .................................................................................................... 8
2.5 比例控制器 .................................................................................................... 9
2.5.1 單循環(huán)比例控制器 ................................................................................... 9
2.5.2 多循環(huán)比例控制器 ................................................................................... 9
2.6 二級控制器 .................................................................................................... 9
2.7 三級控制器 .................................................................................................. 10
3 布線 .................................................................................................................... 10
3.1 布線規(guī)則 ...................................................................................................... 10
3.1.1 連接電纜 ............................................................................................... 10
3.1.2 屏蔽端接元件 ........................................................................................ 10
3.1.3 警告 ....................................................................................................... 10
3.1.4 其它信息 ............................................................................................... 10
4 參數賦值工具介紹 .............................................................................................. 10
4.1 調試 PID參數的用戶界面 ............................................................................ 11
4.2 獲取在線幫助的途徑 .................................................................................... 12
5 在用戶程序中實現 .............................................................................................. 12
5.1 調用功能塊 .................................................................................................. 12
5.2 背景數據塊 .................................................................................................. 13
5.3 程序結構 ...................................................................................................... 13
6 功能塊介紹 ......................................................................................................... 13
6.1 連續(xù)調節(jié)功能 SFB 41/FB 41 “CONT_C” .................................................... 13
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6.1.1 簡介 ....................................................................................................... 13
6.1.2 應用程序 ............................................................................................... 14
6.1.3 說明 ....................................................................................................... 14
6.2 步進控制功能 SFB 42/FB 42“CONT_S” ..................................................... 26
6.2.1 簡介 ....................................................................................................... 26
6.2.2 應用程序 ............................................................................................... 26
6.2.3 說明 ....................................................................................................... 27
6.3 脈沖寬度調制器 SFB 43/FB 43“PULSEGEN” ............................................ 36
6.3.1 簡介 ....................................................................................................... 36
6.3.2 應用程序 ............................................................................................... 36
6.3.3 說明 ....................................................................................................... 36
7 功能塊舉例 ......................................................................................................... 49
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，定期計算所需要的數據，保存在指定的DB中
（背景數據塊）。允許多次調用該功能塊。CONT_C塊與PULSEGEN塊組合使用，可以獲
得一個帶有比例執(zhí)行機構脈沖輸出的控制器（例如，加熱和冷卻裝置）。
? SFB41/FB41 (CONT_C)， 連續(xù)控制方式；
? SFB42/FB42 (CONT_S)， 步進控制方式；
? SFB43/FB43 (PULSEGEN)， 脈沖寬度調制器；
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算法的實際控制器。控制效率，即
處理速度取決于你所使用的CPU性能。對于給定的CPU，必須在控制器的數量和控制器所需
要執(zhí)行頻率之間找到一個折衷方案。連接的控制電路越快，所安裝的控制器數量越少，則每個
SLC A&D CS Page 3 of 49PID_FB41_FB42_FB43
時間單位計算的數值就越多。對于控制過程的類型沒有限制。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）和動態(tài)性能（滯后、空載時間、積分常數，等），都是設計系統(tǒng)
控制器及其靜態(tài)參數（P操作）和動態(tài)參數（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
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圖 2
SLC A&D CS Page 5 of 49PID_FB41_FB42_FB43
圖 3
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圖 4
2 PID 系統(tǒng)控制器的選擇
控制系統(tǒng)的屬性由技術過程和機器條件決定。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、開關控制器
? 連續(xù)控制器，輸出一個線性（模擬）數值。
? 開關控制器，輸出一個二進制（數字）數值。
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2.2 固定值控制器
固定值控制，使用設定固定數值進行的過程控制，只是偶爾修改一下參考變量，過程偏差的控
制。
2.3 級聯控制器
級聯控制器，控制器串行連接控制。第一個控制器（主控制器）決定了串行控制器（從控制
器）的設定點，或者根據過程變量的實際錯誤影響器設定點。
一個級聯控制器的控制性能可以使用其它的過程變量加以改進。為此，可以為主控制變量添加
一個輔助過程變量PV2（主控制器SP2的輸出）。主控制器可以將過程變量PV1施加給設定
點SP1，并且可以調整SP2，以便盡可能快地到達目標，而沒有過調節(jié)。（如圖5）
圖 5
2.4 混合控制器
混合控制器是指根據每個被控組件所需要的設定點總數量，來計算總SP數量的一種控制結
構。在此，混合系數FAC的和必須為“1”。（如圖6）
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圖 6
2.5 比例控制器
2.5.1 單循環(huán)比例控制器
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