溫度PID控制功能塊FB58使用入門

1、1 / 26 15-1-22siemens industry online support - automation service, automation support, simatic service, simatic support, technical support, technical consulting 自動(dòng)化技術(shù) 自動(dòng)化技術(shù) 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng) simatic 工業(yè)軟件 運(yùn)行軟件 loadable function blocks 標(biāo)準(zhǔn) pid 控制溫度 pid 控制功能塊 fb58使用入門1 fb58 基本特性介紹在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（ libraries/standard library

2、/pid control blocks）中的 pid 控制塊中提供了兩個(gè)用于溫度控制的功能塊 fb58和 fb59 。其中，fb58用于具有連續(xù)或脈沖輸入信號(hào)的執(zhí)行器的溫度控制器，而 fb59用于類似于定位電機(jī)的執(zhí)行器的步進(jìn)溫度控制器。除了基本的功能之外， fb58還提供 pid 的參數(shù)自整定功能。pid 功能塊是純軟件控制器，相關(guān)運(yùn)算數(shù)據(jù)存放在相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊中，對(duì)于不同的回路，應(yīng)該使用不同的背景數(shù)據(jù)塊，否則會(huì)導(dǎo)致pid 運(yùn)算混亂的錯(cuò)誤。fb58可以用在僅加熱的溫度控制回路（例如控制蒸汽的供給量來(lái)控制溫度），也可以用在僅冷卻的溫度控制回路（例如控制冷卻風(fēng)扇的頻率、或者冷媒的供給量來(lái)控制溫度）

3、。如果用于冷卻，則回路工作在反作用狀態(tài)，則需要給比例增益參數(shù)gain分配一個(gè)負(fù)數(shù)，其他保持不變。和常規(guī) pid 功能塊（例如 fb/sfb41 ）對(duì)比， fb58具有如下特性：提供控制帶（ control zone ）功能；控制輸出提供脈沖方式；過(guò)程值轉(zhuǎn)換增加對(duì)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換（pv_per*0.1/0.01）方式的支持；參數(shù)保存和重新裝載；控制器參數(shù)自整定功能；設(shè)定值變化時(shí)的比例作用弱化功能。2 / 26 2 fb58 基本使用2.1 功能塊調(diào)用在 step 7 中，提供了關(guān)于fb58和 fb59的一個(gè)示例項(xiàng)目，其路徑如下圖所示：圖 1 fb58/59 示例項(xiàng)目該示例項(xiàng)目包含有如下幾個(gè)示例程序：

4、（1）連續(xù)控制器 continuous controller 輸出類型是連續(xù)數(shù)值的一類控制器， 其中的 fb100和 db100是一個(gè)模擬的控制對(duì)象；（2）脈沖控制 pulse control ob35, ob1 輸出類型是單個(gè)脈沖信號(hào)的一類控制，在ob35和 ob1中同時(shí)調(diào)用，其中的fb102 和 db102是一個(gè)模擬的接收脈沖信號(hào)的控制對(duì)象；（3）脈沖控制 pulse control ob35, ob32 3 / 26 輸出類型是單個(gè)脈沖信號(hào)的一類控制，在ob35和 ob32中同時(shí)調(diào)用，其中的fb102 和 db102是一個(gè)模擬的接收脈沖信號(hào)的控制對(duì)象。 和上一個(gè)項(xiàng)目不同， 這個(gè)項(xiàng)目要求運(yùn)

5、行的cpu 能夠支持 ob32定時(shí)中斷，例如s7-400 cpu ；（4）脈沖控制器 pulse controller 輸出類型是單個(gè)脈沖信號(hào)的一類控制，只在ob35中調(diào)用，其中的 fb102和 db102 是一個(gè)模擬的接收脈沖信號(hào)的控制對(duì)象。和前面兩個(gè)項(xiàng)目不同，這個(gè)項(xiàng)目只在ob35中調(diào)用一次 fb58即可；（5）步進(jìn)控制器 step controller 輸出類型是兩個(gè)脈沖信號(hào)的一類控制，只在ob35中調(diào)用，其中的 fb101和 db101 是一個(gè)模擬的控制對(duì)象，例如步進(jìn)電動(dòng)閥門。這是一個(gè)fb59的應(yīng)用示例。通過(guò)示例項(xiàng)目可以測(cè)試fb58的各項(xiàng)功能。在具體的編程過(guò)程中，可以從示例項(xiàng)目中將相關(guān)功

6、能塊、組織塊、背景數(shù)據(jù)塊拷貝過(guò)來(lái)，也可以直接編程調(diào)用。在 step 4 / 26 7 中創(chuàng)建一個(gè) ob35 ，打開(kāi)并在其中添加fb58 ：圖 2 調(diào)用 fb58 如上圖所示，在左側(cè)的總覽列表中，依次進(jìn)入“l(fā)ibraries”“standard library ”“pid control blocks”，在其中拖拽 fb58到右側(cè)編程窗口中。填寫一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊（例如db58 ），由于是新建的一個(gè) db塊，軟件會(huì)彈出如下窗口：圖 3 生成背景數(shù)據(jù)塊點(diǎn)擊“yes”即可生成一個(gè)用于fb58的背景數(shù)據(jù)塊。5 / 26 在塊（“ blocks ”）中找到剛生成的db塊，雙擊打開(kāi)：圖 4 背景數(shù)據(jù)塊在背景數(shù)

7、據(jù)塊中可以直接修改相關(guān)的控制參數(shù)，然后點(diǎn)擊工具欄上的按鈕來(lái)下載參數(shù)。如果需要查看更加具體的參數(shù)信息，可以切換到數(shù)據(jù)視圖：圖 5 切換到數(shù)據(jù)視圖在數(shù)據(jù)視圖中，可以點(diǎn)擊工具欄上的來(lái)進(jìn)行在線監(jiān)控。2.2 過(guò)程值的處理在 fb58中，對(duì)模擬量的處理遵照如下流程圖：圖 6 過(guò)程值處理流程如圖中所示， fb58提供有兩個(gè)過(guò)程值的輸入通道：pv_in和 pv_per ，這兩個(gè)通道用 pvper_on來(lái)選擇：表 1 pvper_on 參數(shù)過(guò)程值輸入true 模擬量輸入通道的數(shù)值直接從pv_per 輸入false 過(guò)程量以浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)從pv_in輸入注：pvper_on的默認(rèn)值為 false 。對(duì)于 pv_per

8、 的輸入，根據(jù)溫度測(cè)量方式的不同，從模擬量輸入通道過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)格式也有所不同，因此，6 / 26 fb58提供過(guò)程值格式轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)crp_in ，其中涉及到參數(shù)per_mode：表 2 per_mode 參數(shù)轉(zhuǎn)換方式單位0pv_per*0.1 / 1pv_per*0.01 / 2pv_per*100/27648/ 電流百分?jǐn)?shù) % 注：per_mode的默認(rèn)值為 0。從圖 1 中的處理流程中可以看到經(jīng)過(guò)crp_in之后，還有一個(gè)規(guī)格化（ normalize）的環(huán)節(jié) pv_norm。該環(huán)節(jié)可以對(duì)過(guò)程值進(jìn)行修正，對(duì)于溫度值，可以規(guī)格化為百分比值，同樣地，百分比的值也可以規(guī)格化為溫度值。其轉(zhuǎn)換公式是：p

9、v_norm的輸出 = cpr_in 的輸出 *pv_fac+pv_offs 例如，通過(guò)溫度變送器將一個(gè) - 2001000范圍里的溫度值以420ma 的信號(hào)送至模擬量輸入通道piw256中。在 fb58中設(shè)置pv_per = piw256 pvper_on = true per_mode = 2 7 / 26 pv_fac = 1.2 pv_offs = -200.0 通過(guò)如上的參數(shù)設(shè)置，則在“pv ”參數(shù)中得到一個(gè)溫度值。同樣地，此時(shí)的設(shè)定值 sp_int可以直接設(shè)置為溫度值。設(shè)定值 sp_int的取值由過(guò)程值的處理過(guò)程所決定，如果過(guò)程值經(jīng)過(guò)處理得到一個(gè)百分比的值，那么sp_int就是一個(gè)

10、量程的百分比；如果處理得到一個(gè)實(shí)際溫度值，那么設(shè)定值sp_int 也必須是一個(gè)溫度值。sp_int必須要有和過(guò)程值一樣的基本單位。2.3 pid 運(yùn)算pid 運(yùn)算是 fb58的運(yùn)算核心，主要通過(guò)對(duì)偏差信號(hào)（設(shè)定值s p_int-過(guò)程值 pv ）進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算來(lái)得到對(duì)閥門、變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)。具體流圖如下圖所示：圖 7 pid 運(yùn)算流程從上述流程圖中有如下幾點(diǎn)信息：- 比例、積分和微分都是對(duì)比例和增益參數(shù)的乘積之積的運(yùn)算，其在時(shí)間域上的表達(dá)式為：8 / 26 - 特殊地，在積分時(shí)間 ti 和微分時(shí)間 td為 0 的時(shí)候，積分作用和微分作用被取消激活，此時(shí)為純比例控制；- 對(duì)于反

11、作用方式，需要將增益gain設(shè)置為負(fù)數(shù)；- pfac_sp為比例弱化功能。 在設(shè)定值 sp_int發(fā)生階躍變化時(shí)， 設(shè)置比例因子 pfac_sp ，從而達(dá)到減弱因?yàn)樵O(shè)定值修改而導(dǎo)致的不穩(wěn)定，該比例因子pfac_sp 的取值范圍是 0.01.0 ；- 對(duì)于積分作用，在 i_itl_on 為 1 的時(shí)候，積分結(jié)果就是i_itlval；- 積分功能中的 int_hpos 和 int_hneg 參數(shù)為正向積分功能保持和反向積分功能保持，如果此時(shí)偏差er 和增益 gain的乘積為正，且 int_hpos 為 true，那么此次運(yùn)算周期中積分的增加量為 0，即積分項(xiàng) lmn_i 的輸出不會(huì)改變。 int_

12、hneg 的作用與此類似。- 微分功能中的 d_f參數(shù)是微分因子，在微分運(yùn)算中和周期時(shí)間cycle 作用類似。2.4 手動(dòng)/ 自動(dòng)切換fb58的手動(dòng) / 自動(dòng)切換是通過(guò)參數(shù)man_on來(lái)完成的， 在 man_on 為 true 的時(shí)候，pid 處在手動(dòng)工作狀態(tài)，此時(shí)，手動(dòng)值通過(guò)參數(shù)man 給出。圖 8 控制輸出默認(rèn)情況下， lmn_hlm 和 lmn_llm 分別是 100.0 和 0.0 ，從上圖中可以看出，手動(dòng)值的有效數(shù)值范圍也應(yīng)該是 0.0100.0 。在參數(shù) man_on 為 false 的情況下， pid 投入運(yùn)行，控制回路處于自動(dòng)工作狀態(tài)。9 / 26 為了降低手動(dòng) / 自動(dòng)切換過(guò)

13、程中擾動(dòng)，算法通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換：- 在自動(dòng)的狀態(tài)下， 比例和積分的運(yùn)算結(jié)果之和會(huì)寫入到單元man 中，這樣在由自動(dòng)切換到手動(dòng)的過(guò)程中不會(huì)引起控制輸出波動(dòng)；- 在手動(dòng)的狀態(tài)下，積分項(xiàng)的輸出等于man 的值減去比例項(xiàng)的值（偏差er*增益gain），而在自動(dòng)狀態(tài)中，積分項(xiàng)是一個(gè)累計(jì)的結(jié)果， 這樣在切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)積分項(xiàng)不會(huì)有太大的突變。從上面的分析可以知道，fb58 已經(jīng)集成了相應(yīng)的無(wú)擾切換的功能，不需要編寫額外的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.5 保存和重新裝載參數(shù)保存和重新裝載控制器參數(shù)是fb58中的新功能，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)在多套參數(shù)之間的切換。圖 9 控制參數(shù)保存和重新裝載從上圖中可以看出，控制參數(shù)的處

14、理有三種方式：（1）從 pid_con/pi_con 中裝載要實(shí)現(xiàn)此裝載，必須滿足如下幾種條件：手動(dòng)控制狀態(tài)（ man_on=true）；pid_con.gain 或者 pi_con.gain 不為 0；load_pid 為 1 如果參數(shù) pid_on 為 1，則從 pid_con 中裝載如下參數(shù)：gain 、ti 、td ，并計(jì)算 conzone=250.0/gain 10 / 26 如果參數(shù) pid_on 為 0，則從 pi_con 中裝載如下參數(shù)：gain 、ti、td ，并計(jì)算 conzone=250.0/gain。特殊地，此時(shí)會(huì)關(guān)閉控制帶功能，即設(shè)置 con_zone 參數(shù)為 0，并

15、讓微分參數(shù)td設(shè)置為 0.0 。裝載完成之后，參數(shù)load_pid 會(huì)自動(dòng)復(fù)位。值得注意的是，如果pid_con 中保存的增益參數(shù)pid_con.gain 為 0，則自動(dòng)會(huì)修改 pid_on為 0，并轉(zhuǎn)而從 pi_con 中獲取參數(shù)。注：pid_con/pi_con 中的參數(shù)來(lái)自于自整定過(guò)程。（2）保存參數(shù)保存參數(shù)可以在任何工作狀態(tài)下進(jìn)行，只需設(shè)置參數(shù)save_par 為 1 即可?？梢詫⑷缦聟?shù)保存找par_save 結(jié)構(gòu)體中：pfac_sp 、gain 、ti、td 、d_f 、conz_on、con_zone 在保存結(jié)束之后，參數(shù)位save_par 會(huì)自動(dòng)復(fù)位。（3）重新裝載參數(shù)重新裝載

16、是“保存參數(shù)”的逆過(guò)程，但其執(zhí)行是需要條件的：手動(dòng)控制狀態(tài)（ man_on=true）；par_save.gain 不為 0；參數(shù) undo_par為 1。在重新裝載完成之后，參數(shù)undo_par會(huì)自動(dòng)復(fù)位。3 高級(jí)功能3.1 控制帶溫度控制回路是一個(gè)有明顯滯后特性的對(duì)象，這給實(shí)際的調(diào)節(jié)過(guò)程帶來(lái)了很多的問(wèn)題，最顯著的困難就是11 / 26 在過(guò)程值偏離設(shè)定值較大時(shí)， 調(diào)節(jié)過(guò)程過(guò)于緩慢， 而在接近設(shè)定值時(shí)容易出現(xiàn)較大的超調(diào)。從上述的兩個(gè)問(wèn)題出發(fā)，pid應(yīng)該滿足這樣的功能：- 在偏差超過(guò)一定的范圍時(shí)， pid 輸出最大或者最小的調(diào)節(jié)量，讓溫度值快速回到一個(gè)小的范圍中，以縮短回路的調(diào)節(jié)時(shí)間；- 在設(shè)

17、定值附近時(shí)，越靠近調(diào)節(jié)量變化越小，以防止超調(diào)。為此，fb58提供了一個(gè)“控制帶 (control zone)”功能，其工作原理是這樣的：- 當(dāng)過(guò)程值 pv大于設(shè)定值 sp_int ，且偏差的絕對(duì)值超過(guò)con_zone，則以輸出下限 lmn_llm 作為輸出值；- 當(dāng)過(guò)程值 pv小于設(shè)定值 sp_int ，且偏差的絕對(duì)值超過(guò)con_zone，則以輸出上限 lmn_hlm 作為輸出值；- 如果偏差的絕對(duì)值小于co n_zone，則以實(shí)際 pid 的計(jì)算結(jié)果作為輸出值。圖 10 控制帶（正作用情況下，即gain0.0）默認(rèn)參數(shù)中 lmn_llm 是 0.0 ，lmn_hlm 是 100.0，控制帶使

18、能位 conz_on是 false，控制帶范圍是100.0 。12 / 26 如上圖所示的控制帶解決了在偏差較大時(shí)pid 調(diào)節(jié)過(guò)于緩慢的問(wèn)題， 但在控制帶范圍中要避免因大滯后導(dǎo)致的超調(diào)， 需要弱化 pid 的輸出，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能， 可以通過(guò)降低比例參數(shù)和增加微分作用。在同樣的偏差情況下，比例增益越小， pid輸出變化越緩慢。微分作用簡(jiǎn)單來(lái)看就是通過(guò)偏差的變化量來(lái)調(diào)節(jié)，在接近設(shè)定值的過(guò)程中， 溫度變化速度在逐步變慢， 此時(shí)的微分作用可以起到弱化控制輸出的功能，進(jìn)而達(dá)到減少超調(diào)的目的。 因此，推薦控制帶在有微分作用的前提下使用。參數(shù)裝載的過(guò)程也體現(xiàn)了這一點(diǎn)：- 如果是裝載 pi_con下的參數(shù)，因

19、為沒(méi)有微分功能，所以會(huì)設(shè)置conz_on為 false 。在使用過(guò)程中，控制帶參數(shù)con_zone應(yīng)該始終設(shè)置為一個(gè)大于等于0.0 的值，否則會(huì)導(dǎo)致 pid 運(yùn)算結(jié)果永遠(yuǎn)不會(huì)被執(zhí)行的故障現(xiàn)象。3.2 脈沖輸出方式和 fb41不同，fb58中集成有脈寬調(diào)制輸出的功能，通過(guò)將pid 的運(yùn)算結(jié)果換算成對(duì)應(yīng)的脈沖占空比來(lái)達(dá)到加熱 / 冷卻的控制。在 fb58的脈沖輸出環(huán)節(jié)中涉及到的關(guān)鍵參數(shù)有：pulse_on：脈沖輸出使能；per_tm：輸出脈沖的周期時(shí)間；cycle_p ：脈沖輸出的刷新時(shí)間，推薦per_tm/cycle_p50，即將周期時(shí)間分為時(shí)間長(zhǎng)度為cycle_p 的“片”，在每個(gè) cycle

20、_p 時(shí)間間隔里，脈沖輸出單元運(yùn)算一次以判斷下一個(gè) cycle_p 中應(yīng)該輸出高電平還是低電平， per_tm 和 cycle_p 的比值越大，說(shuō)明輸出脈沖的精度就也高；例如當(dāng) pid 的計(jì)算輸出接近于100.0 時(shí)，那么輸出的脈沖中低電平時(shí)間13 / 26 接近于 0，針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言，其需要在極短的時(shí)間里關(guān)斷，然后再打開(kāi)，這會(huì)嚴(yán)重縮短設(shè)備的工作壽命，為此，通過(guò)設(shè)置最小脈沖斷開(kāi)/ 脈沖時(shí)間就可以避免此問(wèn)題。當(dāng)需要輸出的高電平時(shí)間小于 p_b_tm 時(shí)，則不會(huì)輸出這個(gè)高電平；當(dāng)需要輸出的高電平時(shí)間大于周期時(shí)間per_tm-p_b_tm 時(shí)，則整個(gè)周期都輸出高電平。 p_b_tm 設(shè)置的過(guò)長(zhǎng)，可

21、以降低對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的沖擊，但會(huì)影響輸出脈沖和整個(gè)回路的控制精度；設(shè)置的過(guò)短，則對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不利。圖 11 脈沖輸出如上圖所示， lmnn 為 pid 的運(yùn)算結(jié)果，通過(guò)和脈沖周期時(shí)間per_tm 相乘得到高電平的輸出時(shí)間：脈寬=lmnn*per_tm/100 脈沖輸出單元每次執(zhí)行都累加一個(gè)cycle_p ，通過(guò)判斷累加值和脈寬，或者和周期與脈寬差值的比較來(lái)改變輸出點(diǎn)的狀態(tài)。3.2.1 脈沖輸出和 pid 運(yùn)算在 fb58中，脈沖輸出和 pid 計(jì)算是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程，各自有自己的計(jì)算周期。對(duì)于 pid 計(jì)算來(lái)說(shuō)，cycle 參數(shù)可以看成是 pid 計(jì)算的循環(huán)周期時(shí)間，例如pid在 ob35每次執(zhí)行

22、過(guò)程中都會(huì)被調(diào)用，而硬件組態(tài)過(guò)程中 ob35的周期時(shí)間被設(shè)置成了500ms ，則 cycle 應(yīng)該填寫為 0.5 。對(duì)于脈沖輸出來(lái)說(shuō)，其循環(huán)周期時(shí)間是 cycle_p。這兩個(gè)時(shí)間參數(shù)可以一樣，也可以不一樣。pid 的計(jì)算周期主要由被測(cè)量的變化規(guī)律決定的，而脈沖輸出的cycle_p 參數(shù)由要求的脈沖輸出精度決定。為了協(xié)調(diào) pid 和脈沖輸出之間的矛盾，fb58提供了“ select ”參數(shù)，其具體使用如下所示：表 3 select的參數(shù)配置14 / 26 塊調(diào)用功能s7-300 和 s7-在周期性中斷 ob中通過(guò)在同一個(gè)周期性中斷ob中中，脈沖發(fā)生器采樣時(shí)間select=0 進(jìn)行調(diào)用執(zhí)行控制程序

23、段和脈沖輸出cycle_p=100 毫秒）s7-300 中， 脈沖發(fā)生器采在 ob1中通過(guò) select=1 執(zhí)行在 ob1中執(zhí)行控制程序段條件調(diào)用cycle_p=10 毫秒）（ qc_act=true）在周期性中斷 ob中通過(guò)在周期性中斷ob中執(zhí)行脈select=2 進(jìn)行調(diào)用沖輸出s7-400 中，脈沖發(fā)生器采在低速周期性中斷ob中通過(guò)在低速周期性中斷ob中執(zhí)（例 select=3 進(jìn)行調(diào)用行控制程序段cycle_p=10 毫秒）在高速周期性中斷ob中通過(guò)在高速周期性中斷ob中執(zhí)select=2 進(jìn)行調(diào)用行控制程序段根據(jù)上表描述， fb58的調(diào)用可以有如下三種情況：（1）select=0 ，

24、fb58只在周期中斷 ob （例如 ob35 ）中調(diào)用15 / 26 此時(shí)的參數(shù)配置應(yīng)該將cycle_p 和周期中斷 ob的中斷時(shí)間保持一致。因?yàn)閜id計(jì)算的執(zhí)行條件是cycle_p 的累計(jì)值和 cycle 參數(shù)一致，而脈沖輸出周期per_tm 則應(yīng)該 cycle_p的整數(shù)倍，和 cycle 無(wú)關(guān)。例如，在 ob35中調(diào)用 fb58 ，ob35的周期時(shí)間為 50ms ，fb58中的 cycle_p 是 0.05s，cycle 是 1.0s ，per_tm 是 3.0s 。觀察參數(shù)之間的關(guān)系， cycle 是 cycle_p 的 20 倍，即 ob35每 20個(gè)周期執(zhí)行一次 fb58里的 pid

25、 計(jì)算，而輸出的脈沖周期是3 秒鐘。（2）fb58分別在 ob1和周期中斷 ob （例如 ob35 ）中調(diào)用在兩個(gè) ob塊中調(diào)用的 fb58使用同樣的背景數(shù)據(jù)塊和參數(shù)，只是select 參數(shù)有所不同，在 ob1中調(diào)用，select 設(shè)置為 1；在周期中斷 ob中調(diào)用， select 設(shè)置為 2。為了縮短 ob1執(zhí)行時(shí)間，可以通過(guò) fb58背景數(shù)據(jù)塊中的“ qc_act”來(lái)選擇是否執(zhí)行fb58 ，當(dāng) qc_act 為 true 時(shí)，執(zhí)行，否則跳過(guò)。在這種方式下，處理原理同（1）一致，不同的是pid 運(yùn)算總是在 ob1中執(zhí)行罷了。ob1的執(zhí)行周期對(duì) pid 運(yùn)算、脈沖輸出均沒(méi)有影響。（3）fb58

26、在兩個(gè)不同周期時(shí)間的周期中斷ob （例如 ob32和 ob35 ）中調(diào)用fb58分別在兩個(gè)周期中斷ob中調(diào)用，其中周期時(shí)間長(zhǎng)的ob中調(diào)用的 fb58的 select 參數(shù)設(shè)置為 3，時(shí)間短的設(shè)置為 2。同前面兩種情況不一樣， select 選擇為 3 時(shí)，pid 的運(yùn)算只和調(diào)用周期有關(guān)。 例如 ob32定義的周期時(shí)間是 1000ms ，ob35的周期時(shí)間是 100ms ，cycle_p 是 0.02s ，per_tm 是 1.0s 。這樣在 ob32中定義16 / 26 select 參數(shù)為 3，則每 1 秒鐘就執(zhí)行一次 pid運(yùn)算，并不是由 cycle 和 cycle_p的關(guān)系來(lái)決定。3.2

27、.2 參數(shù)設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)法則前面的描述說(shuō)明了cycle/cycle_p/per_tm之間的關(guān)系，對(duì)于具體的參數(shù)設(shè)置，可以有如下幾條法則：（ 1）cycle 時(shí)間不能超過(guò)積分時(shí)間ti 的 10% ；（2）為了保證控制精度，脈沖周期時(shí)間per_tm 應(yīng)該至少是 cycle_p 的 50 倍；（3）脈沖周期時(shí)間 cycle 不能超過(guò)積分時(shí)間ti 的 5% 。4 自整定功能fb58的背景數(shù)據(jù)塊中集成了控制器參數(shù)整定的功能，打開(kāi)db塊，點(diǎn)擊工具欄的按鈕，使 db塊在線：17 / 26 圖 12 背景數(shù)據(jù)塊的參數(shù)分配視圖的在線背景數(shù)據(jù)塊在線之后，可以看到，相關(guān)的參數(shù)均能讀取。點(diǎn)擊菜單項(xiàng)“options ”下的

28、“controller tuning.”，即可開(kāi)始整定：圖 13 選擇控制器整定菜單控制器整定的向?qū)б还灿? 步，第一步是簡(jiǎn)單的功能介紹：圖 14 功能介紹點(diǎn)擊“next”，進(jìn)入下一步：圖 15 控制器類型選擇18 / 26 在該窗口中選擇是pid 控制還是 pi 控制，該選項(xiàng)對(duì)應(yīng)“ pid_on ”參數(shù)，如果選擇“pid parameters ”，則在點(diǎn)擊“next”之后， pid_on 會(huì)置位。圖 16 整定激勵(lì)方法選擇19 / 26 fb58提供兩種整定激勵(lì)，一種是修改設(shè)定值，接近工作點(diǎn)（tune by approaching the operating point with a set

29、point step change），另一種是沒(méi)有設(shè)定值階躍變化， 只在工作點(diǎn)整定 （tune at the operting point by setting a start bit ）。選擇第一種，然后點(diǎn)擊“ next”：圖 17 修改設(shè)定值下的激勵(lì)參數(shù)選擇修改設(shè)定值的激勵(lì)方式， 則需要在上圖所示的窗口中填寫新的設(shè)定值和手動(dòng)值偏差，其中的手動(dòng)值偏差對(duì)應(yīng)的就是參數(shù)tun_dlmn。 默認(rèn)情況下，設(shè)定值是當(dāng)前 db塊中的實(shí)際設(shè)定值，所以要觸發(fā)整定，必須修改這個(gè)設(shè)定值！這種修改設(shè)定值的激勵(lì)方式的工作原理如下圖所示：20 / 26 圖 18 修改設(shè)定值的激勵(lì)方式尋找拐點(diǎn)是整定過(guò)程中的關(guān)鍵， 如果設(shè)

30、定值的階躍變化過(guò)小， 則可能在過(guò)程值（圖中虛線）變化過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)；相反地，如果設(shè)定值的階躍變化過(guò)大，則可能會(huì)造成大的超調(diào)，對(duì)系統(tǒng)不利。如果選擇沒(méi)有設(shè)定值階躍變化的整定方式，則激勵(lì)參數(shù)是這樣的：圖 19 無(wú)設(shè)定值階躍變化下的激勵(lì)參數(shù)對(duì)比兩種窗口， 可以發(fā)現(xiàn)在無(wú)設(shè)定值階躍變化的方式下，設(shè)定值是不可設(shè)的， 而且手動(dòng)值偏差也是默認(rèn)為20% 。這種方式下的整定按照如下圖所示的流程：21 / 26 圖 20 無(wú)設(shè)定值階躍變化的激勵(lì)方式從上圖中可以清楚地看到， 整個(gè)整定過(guò)程中， 設(shè)定值并沒(méi)有發(fā)生改變， 只是輸出值 lmn 有一個(gè)變化量tun_dl 22 / 26 mn ，在這個(gè)變化量的促使下， 過(guò)程中

31、出現(xiàn)波動(dòng)， 等檢測(cè)到拐點(diǎn)之后， 變化量消失，系統(tǒng)重新恢復(fù)到設(shè)定值上來(lái)。不論哪一種激勵(lì)方式，在完成配置后點(diǎn)擊“next”，都是開(kāi)始控制器整定：圖 21 控制器整定過(guò)程整定過(guò)程分為 7 個(gè)階段，從參數(shù) phase 的值中可以讀出， 不同階段的工作內(nèi)容有所不同：描述無(wú)整定檢查參數(shù)、等待激勵(lì)、測(cè)量采樣時(shí)間檢測(cè)過(guò)程值上的拐點(diǎn)過(guò)程參數(shù)的計(jì)算，保存整定前的參數(shù)控制器設(shè)計(jì)處理新的調(diào)節(jié)量檢測(cè)過(guò)程類型注意，整定過(guò)程沒(méi)有階段6。整定過(guò)程中的狀態(tài)在變量status_h 中顯示，具體錯(cuò)誤代碼對(duì)應(yīng)的含義如下表所示：表 5 整定狀態(tài)代碼status_h 診斷消具體的錯(cuò)誤信息可以查看相關(guān)手冊(cè)。除了 status_h 之外，從

32、參數(shù) status_d 中可以顯示出整定到的系統(tǒng)類型，具體的參數(shù)數(shù)值和系統(tǒng)類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，請(qǐng)參看具體手冊(cè)描述。如果整定順利完成，即status_h 為 10000，優(yōu)化得到的 pid 參數(shù)會(huì)自動(dòng)寫入到相應(yīng)單元中，原有的參數(shù)23 / 26 會(huì)自動(dòng)保存到 par_save 的結(jié)構(gòu)體中。在圖 10 中如果選擇為“pid parameters ” ，那整定得到的參數(shù)同時(shí)還會(huì)保存到 pid_con 結(jié)構(gòu)體中，同樣地，選擇為“pi parameters ”，則會(huì)保存在pi_con 中。5 背景數(shù)據(jù)塊如下是 fb58常用參數(shù)表：名稱類型初始值注釋pv_in輸入 0.0 實(shí)數(shù)類型過(guò)程值輸入pv_per 輸入

33、0整數(shù)類型過(guò)程值輸入disv輸入 0.0 干擾補(bǔ)償int_hpos 輸入 false 正向積分保持開(kāi)啟int_hneg 輸入 false 反向積分保持開(kāi)啟select 輸入 0pid功能和脈沖功能的選擇pv輸入 0.0 過(guò)程值lmn 輸出 0.0 實(shí)數(shù)類型的 pid輸出控制量lmn_per 輸出 0 整數(shù)類型的 pid輸出控制量qpulse 輸出 false 輸出脈沖信號(hào)qlmn_hlm輸出 false 控制量到達(dá)上限qlmn_llm輸出 false 控制量到達(dá)下限qc_act 輸出 true 下一周期 pid是否執(zhí)行cycle 輸入_輸出 0.1pid 計(jì)算的周期時(shí)間cycle_p 輸入_輸出 0.02 脈沖輸出的刷新時(shí)間sp_int輸入_輸出 0 設(shè)定值com_rst輸入_輸出 false 復(fù)位24 / 26 man_on 輸入_輸出 true 手/ 自動(dòng)，默認(rèn)為手動(dòng)deadb_w靜態(tài)變量 0.0 偏差死區(qū)i_itlval 靜態(tài)變量 0.0 初始積分值lmn_hlm 靜態(tài)變量 100.0 控制量上限lmn_llm 靜態(tài)變量 0.0 控制量下限pv_fac 靜態(tài)變量 1.0 過(guò)程值轉(zhuǎn)換因子pv_offs 靜態(tài)變量 0.0 過(guò)程值轉(zhuǎn)換偏移量lmn_fac 靜態(tài)變量 1.0 輸出控制量轉(zhuǎn)換因子l