果想在S7CPU中使用大量的PID控制器

1、果想在S7 CPU中使用大量的 PID控制器，则需要评估控制器的采样间隔和功能块的运行。控制器功能块在时间中断0B （通常为 OB35）中被调用3次。由此实现等距的采样时间或控制周期（例如5 ms、20 ms、100 ms）。根据合理的控制器数量，在一个 0B调用中编辑多个控制 器，以获取较短的采样间隔。 在一个0B调用中编辑的控制器数量越多，对0B1的二次影响（周期负载）越大。除了调用次数之外，还必须考虑FB的运行时间（对0B1的二次影响）。举例假设：? 功能块在一个循环周期的运行时间为5 ms。? OB1的运行时间（不考虑中断）为30 ms。? 两个控制循环在 OB35中连续运行。? OB

2、35的时间中断循环周期为20 ms。OB1每隔20 ms被OB35中断10 ms ，即0B1循环每20 ms被延长10ms。OB1循环周期持续40 ms或 50 ms ，如下图所示。QB 35 CycfesnIn.11 11n |1191rw111t111(*1i1Lb00 1 Cyicles图01调节选项包如标准 PID控制提供了一个调用分配器，调用分配器提供了一个便捷的途径来确定在循环时间中断 0B3x中的调用顺序和频率。对于集成控制器，这些由用户来决定。下表列岀了在不同的 S7 CPU中控制循环块的典型运行时间:功能块CPU315-2AF03-0AB0,FW V1.2CPU315-2AG

3、10-0AB0,CPU317-6CF00-0AB0,FW V1.0CPU416-2XK02-0AB0,FW V3.1FB41CONT_CPID Co ntrol2 ms 11 ms 10.2 ms 10.1 ms 1FB42CONT_SPID Co ntrol2 ms 11 ms 10.2 ms 10.1 ms 1FB43PULSEGENPID Co ntrol0.5 ms 10.2 ms 10.05 ms 10.02 ms 1FB58TCONT_CP (without con troller optimizati on)4 ms 11.5 ms 10.3 ms 10.15 ms 1PID C

4、o ntrolFB58TCONT_CP(withcon troller optimizati on)PID Co ntrol5 ms 12 ms 10.4 ms 10.2 ms 1FB59TCONT_SPID Co ntrol3 ms 11 ms 10.2 ms 10.1 ms 1FB1 PID_CPSta ndard PIDCon trol5 ms 12 ms 10.4 ms 10.2 ms 1FB2 PID_ESSta ndard PIDCon trol6 ms 12 ms 10.4 ms 10.2 ms 11典型条件下的取整值（非最坏情况）F面是一个计算采样间隔的例子:? 功能块的运行时

5、间*控制器数目举例? S7-CPU 315 (6ES7315-2AG10-0AB0)和 FB58 TCONT_CP (带控制器优化） 结果为：2 ms * 控制器数目假设在 S7 CPU 315 (6ES7315-2AG10-0AB0)中运行 50 个 PID 控制器。 如果 OB3x循环周期为2 ms 且每个 OB3x 循环周期处理一个控制器，那控制器的采样时间为100 ms 。如果每个 OB3x循环周期处理两个控制器，则控制器的采样时间减半为 50 ms （OB1 负载加重 ）.循环采样时间不仅影响 CPU 的运行负载， 而且影响 PID 控制器的效果。 控制器对两次采样间隔 之间的输入变

6、化不响应，控制器的输出保持不变。另外，必须考虑过程的控制路径。 位置控制和压力控制通常需要一个比温度控制 （典型值 100 ms- 10000 ms） 更短的采样时间 （ 典型值 1 ms - 100 ms） ，因为每一个控制路径有一个不同的时间特 性。因此，最小的循环采样时间间隔必须小于特定 CPU 的控制程序运行时间，而且最大的循环 采样时间间隔为工艺动态中定义的允许的上限值。说明：您可以通过手动优化参数提高控制器的控制质量。 然而，这无法代替通过数学计算确定控制参数 （增益， 积分时间和微分时间 ） ， 使用整定工具如 PID 自整定器 （MLFB: 6ES7860-4AA01-0YX0

7、） ，或使用默认的控制参数设定。在实际应用中为了确定软控制器的控制参数， 必须确认已经正确设置的采样时间 （例如 周期 ） 。 如果有条件的调用控制块 （无调用分配器） ，通常可以通过获取循环中断的时基来设置采样时间。如果使用了调用分配器或时钟分配，就必须考虑该问题。另外， 还必须考虑过程的控制曲线。 相 对于温度控制的采样时间 （ 典型值 100ms - 10000ms） ，位置控制和压力控制通常要求非常短的 采样时间 （典型值 1ms - 100ms） ，这是由于每种控制曲线都有不同的时间响应行为。 采样时间还 会影响控制质量和 CPU 的处理能力，这是由于循环中断会以固定的时间间隔在任意

8、的点上中 断程序循环。PID 控制器以下示意图是温度控制曲线，显示了设定值阶越变化时不同的阶越响应，使用了需要重点注意的是，在记录阶越响应曲线前，首先要到达工作状态。LduaJAQu 5aiddvabj#!=iriu.：aLvibi<e 2actual vaihijE 4图01上图显示了在不同的控制器参数设定下，不同的实际值曲线。? 实际值1：实际值非常迅速的接近设定值，并且岀现很大的上超调，然后又岀现严重的下超调。在逐渐减小的波形震荡运动中，实际值接近设定值。对于合适的控制行为来说，控制器设定值过度激烈。这可能是由于增益系数过大和/或积分时间太短。 首先，应该减小增益系数，直到状况有所

9、改善，然后还应该增加积分时间。需要按照顺序执行以上步骤，直到取得良好效果。? 实际值2:实际值非常迅速的接近设定值，并且出现小的上超调。经过一个小的下超调 后，实际值接近设定值。如果主控制器要求必须对误差和设定值改变迅速做出响应，这 是一种良好的控制行为。在这种情况下，不必再改变控制参数。? 实际值3:实际值缓慢接近设定值，并且无超调的到达设定值。如果控制器不允许任何超调，这是一种良好的控制行为。在这种情况下，不必再改变控制参数。/或微? 实际值4:实际值缓慢接近设定值，波形向下倾斜。这可能是由于增益系数太小和分时间太长。首先，应该增大增益系数直到情况得到改善，然后减小微分时间。需要按 照顺序

10、执行以上步骤，直到取得良好效果。? 实际值5：实际值非常缓慢的接近设定值。这可能是由于增益系数太小和/或积分时间太长。首先，需要增大增益系数直到情况得到改善，然后减小积分时间。需要按照顺序执 行以上步骤，直到取得良好效果。个模拟量输入提供了一个数字值来表示标准化的模拟量信号（电流，电压，电阻或温度），该数字值应该能够表示岀所测量的参数（例如：容器中的液位）。这个过程被称为模拟量的标准化或线性化。相反的，当用户程序计算出一个过程值，并转化为数字量，用于模拟量输出模板输出一个模拟量信号驱动模拟量执行机构，这个过程称为还原。模拟量线性化/还原功能的库文件可以下载并使用。图01是一个线性化的例子。8图

11、02是一个还原的例子«厝四“电屮涎巾lx#ntfUM4 1!JLi -AiMqih mm1.在FC164中，x值为整数类型，y值为整数类型.2.在 FC165x值为整数类型值为实数类型.3.在 FC166x值为实数类型值为整数类型.4.在 FC167x值为实数类型值为实数类型.、:I . 7.注意:这些功能并不改变地址寄存器AR1/AR2，使用FBD和LAD时，提供ENO功能用于将RLO=0 或1保存到 BR位中。以FC165为例介绍程序的处理（整数类型到实数类型的线性化）FC165的参数:0.0,.,+3.402823e+38inx0INT范围-32768,.,0,.,+32767

12、iny0REAL范围-3.402823e+38,.,0.0,.,+3.402823e+38inx1INT范围-32768,.,0,.,+32767iny1REAL范围-3.402823e+38,.,0.0,.,+3.402823e+38outyREAL范围-3.402823e+38,.,0.0,.,+3.402823e+38通过设定yMIN和yMAX，可以设定计算 y值的范围，这实际上也限定了模拟量模板的上限 和下限。丫可以根据线性方程 y = a x + b 来计算。因而这里使用的公式为：y = (y1-y0) / (x1-xO) * (x-xO) + y0使用FC165（整型 > 实

13、型）进行线性化的例子:toAU*甬L彎叩|一个通过模拟量输入模块得到的 4mA 到 20mA 信号，在 CPU 内部被转化成 0 到 27648 。待 测值为液位，已知模拟量与液位的对应关系为 4mA 表示 0.0m ， 20mA 表示 1.7m 。 这里的参数为：P0(x0=0; y0=0.0)P1(x1=+27648; y1=+1.7)调用 FC165 如下：CALL FC165x:=PEW20yMIN:=0,0yMAX:=1.7x0:=0y0:=0.0x1:=27648y1:=1.7y:=MD22、八、注意：参考手册 "S7-300 Automation System Modu

14、le data" (Entry ID 8859629 ), 第 5 章"Representation of the analog values of analog modules" 来查找 CPU 检测的电压、电流、电阻以及温度范围。对于 S7-400 系统，相关信息可以在手册 "Automation System S7-400 ModuleSpecifications" (Entry ID 1117740 ), 5.3 章节 "Analog Value Representation"查询。组态注意事项 在使用 FB 58

15、TCONT_CP 进行控制器优化期间， 如果输入了一个与控制方向相反的设定值 (例 如在加热期间设定值是负的)，优化并不会取消。用于搜索拐点的中止标准不工作， 控制过程会 过热，例如。使用 FB 58 TCONT_CP ，如果控制器的优化由设定值的跳变来触发，将会有如下的控制方向：? 正向控制：设定值的增加 =控制器输岀的增加，例如加热(设定值从50 °C变为100 °C)? 负向控制，例如冷却：设定值的增加 =控制器输岀的下降(设定值从-50 °C变为-10°C)提示：如果控制过程已经达到工作点 (当前设定值) ，工作点的优化应该通过 TUN_ST =

16、 TRUE 实现。rnt、/置注意：PID 控制 CONT_C, CONT_S 和 PULSEGEN 控制功能有两个版本但是功能相同：? FB 41, FB 42, FB 43可以下载的 FBs 适合所有的 CPU (S7-300, S7-400)。? SFB 41, SFB 42, SFB 43这些 SFB 集成于类型为 313C /314C 和 C7 系列 S7-300 CPU 中。在 STEP 7 标准库 (SIMATIC Manager: "File > Open > Libraries > .") "PID Control Blocks

17、"(FBs) 目录 or "System Function Blocks" (SFBs) 目录中可以这些功能块。 当使用这些功能块时应注意下面几点：1. FB 41 "CONT_C"? 为了保证执行频率一致，块应当在循环中断OB （ 例如 . OB35） 中调用。? "CYCLE" 参数对应的是扫描时间。 必须将程序块调用的间隔时间赋值在这里 （ 例如基于 OB35 的时间 ） 。? 缺省状态下为手动模式 （MAN_ON=true） 。自动回路被中断， 在 MAN 参数下输出控制值。? 为了确保手自动的无扰切换，在手动模式下

18、至少保证两次块调用的输出时间。? 当 CPU 重新启动 , 参数 "COM_RST" = true 将引导块的执行。? 参数 "COM_RST" 中断 PID 控制器的执行。2. FB 42 "CONT_S"? 为了保证执行频率一致，块应当在循环中断OB （ 例如 . OB35） 中调用。? "CYCLE" 参数对应的是扫描时间。 必须将程序块调用的间隔时间赋值在这里 （ 例如基于 OB35 的时间 ） 。? 缺省状态下为手动模式 （LMAN_ON=true） 。? 当 CPU 重新启动 , 参数 "COM_RST" = true 将引导块的执行。? 参数 "COM_RST" 中断控制器的执行。? 参数 "PULSE_TM" 和 "BREAK_TM" 被设置为 "CYCLE" 参数的整数倍。3. FB 43 "PULSEGEN"? 为了保证执行频率一致，块应当在循环中断OB （ 例如 . OB35） 中调用。? 当 CPU 重新启动 , 参数 "COM_RST"