S7300PID调节与应用.docx

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S7300PID调节与应用

S7-300多回路过程控制及PID调节讲解

本实训的知识点：

过程控制中，D槽的液位高度是靠PID调节变频器的补水速度来实现恒定的，其实就是恒压供水的意思。

完成本实训，涉及到哪些知识点呢？

1、两台PLC要用MPI通信，则可选择全局数据通信；

2、需要将液位转换成高度值；

3、需要使用OB35、OB100、SFB41块；

4、需要对三菱变频器进行设置；

现在分述上述问题：

1、全局数据（Globaldata,GD）通信：

全局数据通信使用CPU的MPI接口，不需要增加通信硬件，对CPU也没有特殊的要求，因此这是一种经济而有效的通信方式，但是只能传输少量的数据。

在同一个MPI子网中允许最多15台S7-300/400和C7之间周期性地交换少量数据。

全局数据通信采用广播方式来传输数据，数据的接收没有确认信息，因此不能保证通信数据的完整性和准确性。

不需要对全局数据通信进行编程。

只需要在STEP7的MPI网络中用全局数据表对全局数据通信组态。

方法如下：

法一：

组态好MPI网络后，在项目处右击MPI进行全局变量设置；

法二、打开任一CPU站点的硬件配置，点击组态网络，右击MPI进行全局变量定义；

2、液位转换：

既可用库（通过下载得到）程序，也可自己写程序；

转换公式：

3．PID控制程序的编制和采样周期的选择，以及相关的OB块：

可在FB或FC里调用系统功能块SFB41～SFB43，注：

调用SFB41～SFB43的FB或FC必须放在定时循环中断OB35（OB30～OB38）中被调用。

OB35的循环中断时间即为PID控制器的采样周期TS。

采样周期TS与CPU性能有关，需要根据运算速度和控制周期折衷选择。

可以在CPU属性中设置。

调用系统功能块必须指定背景数据块，例如：

STL：

CALLSFB“CONT_C”,DB41

背景数据块保存了功能块的输入/输出结果，可以在PLC程序中或WINCC软件访问相应的数据。

关于SFB41解释如下：

4、需要对三菱变频器进行设置：

变频器应设为：

Pr79=2；外部运行模式；（启/停、频率都由外部控制）

Pr73=0；设为0-10V电压控制；（注意：

三菱默认为0-5V）

Pr251=0；取消缺相保护；（默认值为1，有缺相保护的）

注意：

在S7-200配方中，Pr79=3即可，此时为“外部/PU组合模式”，即启/停由外部接通STF/STR，频率由PU面板设定。

调试时，PQWxx的值只能MOV传送写入，而不能在变量表中强制。

程序存在缺陷：

如果目标槽的液位到达后，变频器的启停信号也得复位，不能只靠电压来控制，防止模式设置错误后的不停抽水现象。

附：

用于闭环控制的系统功能块

（1）除了专用的闭环控制模块，S7-300也可以用控制功能块来实现PID控制。

但是需要配置模拟量输入模块和模拟量输出模块（或数字量输出模块）

系统功能块SFB41-SFB43用于CPU313C/314C和C7的闭环控制。

SFB41“CONT_C”用于连续控制，SFB42“CONT_S”用于步进控制，SFB43“PULSEGEN”用于脉冲宽带调制。

（2）闭环控制软件包

程序编辑器左边窗口的文件夹“\库\StandardLibrary（标准库）\PIDController（PID控制器）”中的FB41-FB43适用于所有S7-300的CPU的PID控制。

5.使用FB41“CONT_C”实现连续控制

5．1FB“CONT_C”用于在SIMATICS7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控制器的子功能，以使控制器适合实际的工艺过程。

FB41的输入参数：

参数

数据类型

取值范围

缺省

描述

COM_RST

BOOL

FALSE

完全重启动：

该块有一个完全重启动例行程序，在置位了输入“完全重启动”时执行该例行程序

MAN_ON

BOOL

TRUE

手动值打开：

如果置位了输入“手动值打开”，则中断控制回路。

并将手动值设置为调节值。

PVPER_ON

BOOL

FALSE

外设过程变量打开

如果过程变量是从I/O中读取的，则输入PV_PER必须连接到I/O，并且必须置位输入“外设过程变量打开”

P_SEL

BOOL

TRUE

比例作用打开

可以在PID算法中单独激活或取消激活各个PID作用。

当置位了输入“比例作用打开”后，将打开P比例作用

I_SEL

BOOL

TRUE

积分作用打开

可以在PID算法中单独激活或取消激活各个PID作用。

置位了输入“积分作用打开”后，将打开I积分作用。

INT_HOLD

BOOL

FALSE

积分作用保持

通过置位输入“积分作用保持”，可以“冻结”积分器的输出。

I_ITL_ON

BOOL

FALSE

积分作用初始化

通过置位输入“积分作用初始化打开”，可以将积分器的输出连接到输入I_ITL_VAL。

D_SEL

BOOL

FALSE

微分作用打开

可以在PID算法中单独激活或取消激活各个PID作用。

当置位了输入“微分作用打开”后，将打开D微分作用。

CYCLE

TIME

>=1毫秒

T#1s

采样时间

块调用之间的时间间隔必须恒定。

“采样时间”输入确定了块调用之间的时间间隔。

SP_INT

REAL

-100.0...100.0（%）

或者是物理值1）

0.0

内部设定值

“内部设定值”输入用于确定一个设定值。

（如：

设定一个目标液位高度值，在此处设置）

PV_IN

REAL

-100.0...100.0（%）

或者是物理值1）

0.0

过程变量输入

初始值可以在“过程变量输入”输入端上设置，也可以连接到浮点数格式的外部过程变量上。

（如：

当前过程液位值由此输入）

可以认为，这两个比较置要么都为百分数，要么都为真实物理高度值！

PV_PER

WORD

W#16#0

000

外设过程变量

I/O格式的过程变量连接到控制器的“外设过程变量”输入端。

MAN

REAL

-100.0...100.0（%）

或者是物理值1）

0.0

手动值

“手动值”输入用于使用操作员接口函数置位一个手动值。

GAIN

REAL

2.0

比例增益

“比例因子”输入用于指定控制器的增益。

TI

TIME

>=CYCLE

T#20s

复位时间

“复位时间”输入决定了积分器的时间响应。

TD

TIME

>=CYCLE

T#10s

微分时间

“微分时间”输入决定微分器单元的时间响应

TM_LAG

TIME

>=CYCLE/2

T#2s

微分作用的时间延迟

D微分作用的算法包含了一个时间延迟，它在“微分作用的时间延迟”输入中设定。

DEADB_W

REAL

>=0.0（%）

或者是物理值1）

0.0

死区带宽

死区应用于误差。

“死区带宽”输入决定了死区的大

小。

LMN_HLM

REAL

LMN_LLM

...100.0（%）

或者是物理值2）

100.0

调节值上限

调节值总是受上限和下限的限制。

“调节值上限”输入指定调节值的上限

以百分数的值表示，如85.5表示85.5%；

亲自测试时，发现当LMN_HLM=50.0时，LMN_PER最大为13824，当LMN_HLM=100.0时，LMN_PER最大为27648；但如果超出100.0时，则LMN_PER也会成比例增大。

LMN_LLM

REAL

-100.0...LMN_HLM（%）或者是物理值2）

0.0

调节值下限

调节值总是受上限和下限的限制。

“调节值下限”输入指定调节值的下限。

以百分数的值表示。

如0.5表示0.5%

PV_FAC

REAL

1.0

过程变量因子

“过程变量因子”输入用于和过程变量相乘。

它以此来调整过程变量的范围。

PV_OFF

REAL

0.0

过程变量偏移量

“过程变量偏移量”输入用于和过程变量相加。

它以

此来调整过程变量的范围。

LMN_FAC

REAL

1.0

调节值因子

“调节值因子”输入将和调节值相乘。

它以此来调整调

节值的范围。

LMN_OFF

REAL

0.0

调节值偏移量

“调节值偏移量”用于和调节值相加。

它以此来调整调节值的范围。

FB41的输出参数：

参数

数据类型

取值范围

缺省

描述

LMN

REAL

0.0

调节值

有效的调节值以浮点数格式从“调节值”输出端输出，范围0-100%。

LMN_PER

WORD

W#16#0000

外设调节值

I/O格式的调节值被连接到控制器的“外设调节值”输出端。

即模拟量输出PQW。

QLMN_HLM

BOOL

FALSE

达到调节值上限

调节值总是受上限和下限的限制。

输出“达到调节值上限”表明已经超过了上限值。

QLMN_ILM

BOOL

FALSE

达到调节值下限

调节值总是受上限和下限的限制。

输出“达到调节值

下限”表明已经超出了下限值。

LMN_P

REAL

0.0

比例分量

“比例分量”输出包含了可调节变量的比例分量。

LMN_I

REAL

0.0

积分分量

“积分分量”输出包含了调节值的积分分量

LMN_D

REAL

0.0

微分分量

“微分分量”输出包含了调节值的微分分量

PV

REAL

0.0

过程变量

有效的过程变量在“过程变量”输出端输出。

ER

REAL

0.0

误差信号

有效误差在“误差信号”输出端输出。

5．2带有死区的PID控制算法

在某些控制系统中，当偏差比较小时，为了避免控制动作过于频繁，以消除由此所引起的振荡给设备带来危害，可采用带死区的PID控制系统。

死区的PID概念：

是人为地设置一个不灵敏区域B，

当偏差|ev（t）|≤B时，减弱或切除控制输出

当偏差|ev（t）|＞B时，正常控制输出

这里的死区B对应SFB41中的DEADB_W