1、使用FB58“TCONTCP”進行連續溫度控制引言FB58“TCONT_CP”用于控制有連續或脈沖控制信號的溫度處理過程。可以設置參數以啟用或者禁用PID控制器子函數，使其適應處理過程。可以在參數分配工具中很方便地設定這些參數。在項目中，雙擊SIMATIC管理器中的背景數據塊即可啟動此設置。可以通過開始Simatic文檔英語PID溫度控制，打開電子手冊。應用這些功能基于具有處理溫度過程附加功能的PID控制算法。控制器提供各種模擬量操作值和脈沖持續調節驅動信號。控制器將信號輸出到一臺執行器；也就是說，一臺控制器只能進行加熱或者冷卻操作不能同時進行這兩種操作。在加熱或冷卻過程中使用控制器只能使用F

2、BTCONT_CP來進行純粹地加熱或純粹地冷卻。如果使用塊來冷卻，必須為GAIN分配一個負值。倒置控制器是指，例如，如果溫度升高，則增大操作變量LMN,從而增強冷卻效果。描述除了在設定值和處理過程值分處的功能外，FB還實現了完整的PID溫度控制器功能，可以輸出連續和二進制的操作變量。為了提高溫度處理過程的控制響應，程序塊包含一個控制區，如果設定值步長變化，則減小P操作。可以使用控制器調節功能，將程序塊設置為PI/PID參數本身。注意：只有定期調用塊，才能正確計算控制器功能塊的數值。因此，必須定期在循環中斷OB(OB30-38)中調用此控制器功能塊。在參數CYCLE中預先定義采樣時間。子函數描述

3、如下：設定值分支在輸入SP_INT處以浮點數格式輸入設定值，作為實際數值或者百分比數值。表示出錯的設定值和過程值單位必須相同。過程值選項(PVPER_ON)根據PVPER_ON,可以獲得外圍設備(I/O)格式或浮點數格式的過程值。PVPER_ON過程值輸入TRUE在輸入PV_PER中，通過模擬量外圍設備I/O(PIWxxx)讀取過程值。FALSE從輸入PV_IN中獲得浮點數格式的過程值。過程值格式轉換CRP_IN(PER_MODE)按照下列規則，并根據開關PER_MODE的設置，CRP_IN功能將外圍設備數值PV_PER轉換成浮點格式：PER_MODECRP_IN輸出模擬量輸入類型單位0PV_

4、PER*0.1熱電偶；PT100/NI100；標準癈；癋1PV_PER*0.01PT100/NI100；氣溫；癈；癋2PV_PER*100/27648電壓/電流%標準化過程值PV_NORM(PF_FAC,PV_OFFS)PV_NORM功能根據下面的規則計算CRP_IN的輸出:“PV_NORM的輸出”=“CPR“的輸出”*PV_FAC+PV_OFFS它有下列用途：使用過程值因子PV_FAC和過程值偏移量PV_OFFS對過程值進行修正。將溫度標準化為百分數如果要將設定值作為百分數輸入，則現在就必須將實測溫度值轉換成百分數。將百分數標準化為溫度如果要輸入物理溫度單位的設定值，則現在就必須將測量電壓/

5、電流值轉換成溫度。參數計算：PV_FAC=PV_NORM的范圍/CRP_IN的范圍；PV_OFFS=LL(PV_NORM)-PV_FAC*LL(CRP_IN)；其中：LL為下限使用缺省值(PV_FAC=?.0和PV_OFFS=?.0)時，禁止標準化。在PV輸出處輸出有效的過程值。對于脈沖控制，必須在快速脈沖調用時將過程值傳送到的塊中(原因：平均值過濾)。否則，控制質量將變差。過程變量標準化實例如果要將設定值作為百分數輸入,并且CRP_IN的溫度范圍為-20至U85癈，則必須將溫度范圍標準化為百分數。下圖給出的實例描述了如何將溫度范圍為-20到85C修改為0至U100%的內部比例：產生的誤差在死

6、區之前，設定值與過程值之間的差異就是誤差。設定值與過程值的單位必須相同。死區(DEADB_W)為了抑制由于操作變量量化所引起的小幅持續振蕩（例如，在使用PULSEGEN進行的脈寬調制時），可對誤差信號使用死區（DEADBAND）。如果DEADB_W=0.0,則禁止死區功能。通過ER參數指示有效誤差。ERER=(SP_INT-PV)+DEAD_WER=(SP_INT-PV)-DEAD_WSP_INT-PVDEADB_WPID算法下圖是PID算法方框圖:*LMN_PGAINERf()SP_INTPFACSPINTTI,IITLON,IiTlvAlDIFINTHPOSINTHNEGTD,D_FLdi

7、svLMN_ILMN_DLMN_SumParameterassignmentuserinterfaceFBcallinterface!Parameterassignmentuserinterface,FBcallinterfacePID算法(GAIN、Tl、TD、D_F)這里所使用的PID算法是位置算法。比例、積分（INT）和微分（DIF）動作是并行連接在一起的，可以單獨激活或取消激活。這樣便能夠組態成P、PI、PD和PID控制器。控制器經調節支持PI和和PID控制器。使用負GAIN（增益）實現控制器倒置（冷卻控制器）。如果把TI和TD設置都為0.0，則將在工作點獲得一個純P控制器。LMN_S

8、um(t)=GAIN*ER(0)(1+*t+D_F*eTD/D_F)在時間范圍內的階躍響應是：此處：LMN_Sum（t）是控制器在自動模式下的操作變量ER(0)是標準化誤差的步進變化GAIN是控制器增益TI是積分時間TD是微分時間D_F是微分因子積分器(Tl、l_ITL_ON、l_ITLVAL)在手動模式下，使用此式子修正：LMN=LMN-LMN_P-DISV。如果操作變量受限，則停止I作用。如果誤差朝著與I作用相反的操作變量范圍方向出現，則可以再次激活I作用。也可通過下列方法修改I作用：設置TI=0.0,取消控制器的I作用當設定值發生變化時將弱化P作用控制區域可以在線更改操作變量的界限當設定

9、值發生變化時(PFAC_SP)將弱化P作用為了防止過調節，可以使用“改變設定值比例因子”參數(PFAC_SP)來弱化P作用。當更改設定值時,使用PFAC_SP，可以在0.0和1.0之間連續選擇，以決定P作用的影響：PFAC_SP=1.0：設定值改變時，P作用起最大效果PFAC_SP=0.0：設定值改變時，P作用不起任何效果也以通過補償I作用來弱化P作用。微分操作單元(TD、D_F)設置TD=0.0,取消控制器的D作用。如果激活了D作用，則下列關系成立：TD=0.5*CYCLE*D_F帶工作點的P或PD控制器參數設置在用戶接口中，取消激活I作用(TI=0.0)，如可能也取消D作用(TD=0.0)

10、。然后進行如下參數設置:I_ITL_ON=TRUEI_ITLVAL=工作點；前饋控制（DISV）可以在DISV輸入端添加前饋變量。計算操作變量下圖是計算操作變量的方框圖：QIMNHIMCONZONELMN_Sum|zERCONZ_ON,CON_ZONEM/IANONLMNLIMITLMNNORMCRPOUT%LMNPERLMN_HLMLMN_LLMParameterassignmentuserinterfaceFBcallinterfaceParameterassignmentuserinterface,FBcallinterfaceLmnNLMN_FAC,LMN_OFFS控制區域(CONZ_

11、ON、CON_ZONE)如果CONZ_ON=TRUE,則控制器在控制區域范圍內工作。也就是說，控制器按照下列算法進行工作：如果PV超出SP_INT的數值大于CON_ZONE,則數值LMN_LLM將作為控制變量輸出（受控閉環）。如果PV低于SP_INT的數值大于CON_ZONE,則數值LMN_HLM將作為控制變量輸出（受控閉環）。如果PV位于控制區域（CON_ZONE）內,則從PID算法LMN_Sum處獲取操作變量的數值（自動閉環控制）。從受控閉環控制到自動閉環控制的切換應該考慮到一個20%的控制區域滯后。TemperatureDonotheatwithLMN=LMN_LLMSP_INT+CON

12、_ZONEUppercontrolzoneSP_INTLowercontrolzoneHeatwithLMN=LMN_HLMSP_INT-CON_ZONETime在手動激活控制區域之前，確保控制區域范圍不會太窄。如果控制區域范圍太窄，則操作變量和過程變量都會發生振蕩。控制區域的優點當過程值進入控制區域時,D作用會導致操作變量數值急劇下降。也就是說，只有激活D作用，控制區域才有用。如果沒有控制區域，基本上，只要減少P作用，就將減小操作變量數值。如果操作變量的最小輸出值或最大輸出值都遠離新工作點所需操作變量值，那么控制區域導致沒有過調節或欠調節的快速下降。手動值處理(MAN_ON、MAN)可以在手

13、動與自動操作之間切換。在手動模式下，操作變量被修正到手動數值。將積分作用(INT)內部設置為LMN-LMN_P-DISV,且將微分作用(DIF)設置為0并內部同步。因此，可以平滑的切換到自動模式。調節期間，MAN_ON參數不起作用。操作變量限值LMNLIMIT(LMN_HLM、LMN_LLM)通過LMNLIMIT功能，可將操作變量的數值限制在LMN_HLM和LMN_LLM限制值之間。如果達至呃這些限制值，則通過消息位QLMN_HLM和QLMN_LLM進行指示。如果操作變量受限，則停止I作用。如果誤差朝著與I作用相反的操作變量范圍方向出現，則可以再次激活I作用。在線改變操作變量的限值如果操作變量

14、的范圍減小，且其新的不受限數值超出了限值范圍，則I作用起作用，從而改變操作變量的數值。操作變量減小的數值與操作變量限值改變的數值相等。如果在改變之前操作變量不受限制，則將其設置為新的限值(此處指操作變量的上限)。操作變量標準化LMN_NORM(LMN_FAC、LMN_OFFS)LMN_NORM函數根據下面的公式標準化操作變量：LMN=LmnN*LMN_FAC+LMN_OFFS它有下列用途：使用操作變量因子LMN_FAC和操作變量偏移量LMN_OFFS,改寫操作變量也可以得至U外圍設備格式的操作變量數值。CRP_OUT函數根據下面的公式將浮點數LMN轉換成外圍設備值：LMN_PER=LMN*27

15、648/100使用缺省值(LMN_FAC=?.0和LMN_OFFS=?.0)，禁止標準化。在輸出端LMN輸出有效的操作變量。保存并重新裝載控制器參數下面的圖示給出了方框圖：MANON&PIDONLOADPIDPIDCONI1_Z.GAIN.PI_CONTI,0TD,CONZONESAVE_PARPFACSP,GAIN,TI,PARSAVETD,1-D_F,CONZ_ON,CONZONEMANON&UNDOPARPFACSP,GAIN,PARSAVE*J、一1td,D_F,CONZ_ON,CONZONE保存控制器參數SAVE_PAR如果當前的參數設置很有用，則可以在進行手動修改之前，將其保存到F

16、B?8“TCONT_CP”的背景數據塊中的特殊結構里。如果對控制器進行了調節，則將使用調整前有效的參數覆蓋保存的參數。將PFAC_SP、GAIN、Tl、TDDD_F、CONZ_ON和CONZONE寫入PAR_SAVE結構中。重新裝載保存的控制器參數UNDO_PAR使用此函數，可以激活上次保存的控制器參數設置，再次應用至控制器中(僅用于手動模式)。在PI和PID參數間更改參數LOAD_PID(PID_ON)在調節后,PI和PID都存儲在PI_CON和PID_CON結構內。根據PID_ON,可以在手動模式下使用LOAD_PID以將PI或PID參數寫入到有效的控制器參數中。PID參數PID_ON=T

17、RUEPI參數PID_ON=FALSEGAIN=PID_CON.GAINGAIN=PI_CON.GAINTI=PID_CON.TITI=PI_CON.TITD=PID_CON.TD、:I.一注意僅當控制器增0000,0使用UNDO_PAR或LOAD_PID將控制器參數寫回控制器中：僅當相關GAIN(PI或PID參數中)000,LOAD_PID0復制參數。這種策略考慮到目前沒有進行任何調節或PID參數丟失的情況。如果設置PID_ON?燭RUE以及PID.GAIN?燜ALSE,PID_ON將復位為FALSE0復制PI參數。調節時將D_FDPFAC_SP設置為缺省值。用戶隨后也可對其進行修改。LOA

18、D_PID不會改變這些參數。使用LOAD_PID，即使設置了CONZ_ON=FALSE,也總是要重新計算控制區域(CON_zOnE=250/GAIN)。參數：地址參數0.0PV_IN聲明INPUT數據類型REAL取值范圍取決于使用的傳感器初始值0.04.0PV_PERINPUTINT6.0DISVINPUTREAL0.010.0INT_HPOSINPUTBOOLFALSE10.1INT_HNEGINPUTBOOLFALSE12.0選擇INPUTINT0至314.0PV18.0LMN22.0LMN_PEROUTPUTREAL取決于使用的傳感器0.0OUTPUTREAL0.0OUTPUTINT02

19、4.0QPULSEOUTPUTBOOLFALSE描述過程變量輸入初始值可以在“過程變量輸入”輸入端上設置，也可以在連接到浮點數格式的外部過程變量上設置外部過程變量將外圍設備I/O格式的過程變量連接到控制器的“外部過程變量”輸入端干擾變量對于前饋控制，干擾變量被連接到“干擾變量”輸入。保持正方向上的積分作用可以在正方向上阻止積分作用輸出。為此，必須將INT_HPOS輸入設置為TRUE。在級R控制中，主控制器的INT_HPOS與次級控制器的qlmn_Hlm互連。保持負方向上的積分作用可以在負方向上阻止積分作用輸出。為此，必須將INT_HNEG輸入設置為TRUE。在級R控制中，主控制器的INT_HN

20、EG與次級控制器的qlmn_Llm互連。選擇調用PID和脈沖發生器如果激活脈沖發生器，則有幾種方法可以調用PID算法和脈沖發生器：SELECT=0：在快速周期性中斷級別中調用控制器，并處理PID算法和脈沖發生器。SELECT=1：在OB1中調用控制器，且只處理PID算法。SELECT=2：在快速周期性中斷級別中調用控制器，且僅處理脈沖發生器。SELECT=3：在慢速周期性中斷級別中調用控制器，且僅處理PID算法。過程變量在“過程變量”輸出端輸出有效的過程變量。操作變量在“操作變量”輸出端以浮點格式輸出有效的操作變量值。外圍操作變量將外圍設備格式的操作變量值連接到控制器的“外圍操作變量值”輸出端

21、。輸出脈沖信號操作變量的輸出值為QPULSE輸出端調制的輸出脈寬。24.1QLMN_OUTPUTBOOLFALSE達到操作變量的上限HLM操作變量的值始終受上限和下限的限制。當超出上限值時，QLMN_HLM輸出給予指示。24.2QLMN_LLMOUTPUTBOOLFALSE達到操作變量的下限操作變量的值始終受上限和下限的限制。當超出下限值時，QLMN_LLM輸出給予指示。24.3QC_ACTOUTPUTBOOLTRUE下一個周期，連續控制器正在工作此參數指示是否會在下一個塊調用時執行連續控制器階段（僅與SELECT數值為0還是為1相關）。26.0CYCLEINPUT/OUTPRUETAL0.0

22、01s0.1s連續控制器采樣時間秒為PID算法設置采樣時間。調節器在階段1計算采樣時間，并將其輸入至到CYCLEo30.0CYCLE_PINPUT/OUTPRUETAL0.0010.02秒脈沖發生器采樣時間秒秒在此輸入端，輸入脈沖發生器階段的采樣時間。FB?8“TCONT_CP”階段1計算采樣時間，并將其輸入至到CYCLE_Po34.0SP_INTINPUT/OUTPRUETAL過程值范0.0內部設定值圍“內部設定值”輸入用于指定一個設定值。38.0MANINPUT/OUTPRUETAL0.0手動值“手動值”輸入用于指定一個手動值。在自動模式下，將其糾正為操作變量42.0COM_RSTINPU

23、T/OUTPBUOTOLFALSE完全重啟動該塊擁有一個初始化例行程序，在設置COMRST輸入時進行處理。42.1MAN_ONINPUT/OUTPBUOTOLTRUE手動操作打開如果設置了輸入“手動值打開”，則中斷控制回路。設置MAN手動數值，作為操作變量的數值。內部參數地址參數聲明數據類型取值范圍初始值描述44.0DEADB_WINPUTREAL取決于使用的傳感器0.0死區寬度誤差穿過死區。“死區寬度”輸入決定死區的大小。48.0I_ITLVALINPUTREAL0-100%0.0積分作用的初始化值可在輸入l_ITL_ON處設置積分作用。該初始化值用于“積分作用的初始化值”輸入。在重啟動期間

24、COMRST=TRUE，并將1作用設置為初始化數值。52.0LMN_HLMINPUTREALLMN_LLM100.0操作變量上限操作變量的值始終受上限和下限的限制。“操作變量上限”輸，則激活脈沖發生器入可指定上限。56.0LMN_LLMINPUTREALCYCLE1.0秒周期時間秒在PER_TM參數中輸入脈寬調制的脈沖重復周期。脈沖重復周期與脈沖發生器采樣時間的關系決定了脈寬調制的精度。80.0P_B_TMINPUTREAL0.00.02秒最小脈沖/斷開時間秒可以在“最小脈沖/斷開時間”參數內設置最小脈沖或最小斷開時間。PBTM在內部受限于CYCLE_P。84.0TUN_DLMNINPUTRE

25、AL-100.0-100.02%0.0用于過程激勵的DELTA操作變量由于TUN_DLMN設定值步長發生變化，導致激活用于控制器調節的過程。88.0PER_MODEINPUTINT0、1、20外圍設備模式可以在此切換處輸入I/O模塊的類型。輸入端PV_PER的過程變量隨即在PV輸出端被標準化為癈。PER_MODE=0：標準PER_MODE=1：氣溫PER_MODE=2：電流/電壓外部過程變量開啟如果希望從I/O中讀取過程變量,則必須將輸入端PV_PER連接至到I/O，000D設置輸入“外圍設備過程變量”。90.0PVPER_ONINPUTBOOLFALSE90.1I_ITL_ONINPUTBO

26、OLFALSE積分作用初始化開啟可將積分作用的輸出設置給輸入l_ITLVAL。必須設置“設置1作用”輸入。90.2PULSE_ONINPUTBOOLFALSE脈沖發生器開啟如果設置了PULSE_ON=TRUE108.0PHASEOUTPUTINT0、1、2、3、0自調節階段4、5、7在PHASE輸出端指示當前器調節的階段（0.7）。控制110.0STATUS_HOUTPUTINT0自調節的加熱狀態STATUSH指示了加熱時搜索的拐點診斷數值112.0STATUS_DOUTPUTINT0自調節時控制器配置狀態STATUS_D指示力皿時控制器配置的診斷數值。114.0QTUN_RUNOUTPUTB

27、OOL0激活調節（階段2）應用調節操作變量，啟動調節并仍然位于階段2（定位拐點）。116.0PI_CONOUTPUTSTRUCTPI控制器參數+0.0GAINOUTPUTREAL%/物理單位0.0秒0.0PI比例增益+4.0TIOUTPUTREAL0.0秒PI復位時間秒116.0PID_CONOUTPUTSTRUCTPID控制器參數+0.0GAINOUTPUTREAL0.0PID比例增益+4.0TIOUTPUTREAL0.0秒0.0秒PID復位時間秒+8.0TDOUTPUTREAL0.0秒0.0秒PID微分時間秒136.0PAR_SAVEOUTPUTSTRUCT保存的控制器參數PID參數保存在

28、此結構中。+0.0PFAC_SPINPUT/OUTPUTREAL0.0-1.01.0用于改變設定值的比例因子+4.0GAINOUTPUTREAL%/物理單位0.0秒0.0比例增益+8.0TIINPUT/OUTPUTREAL40.0秒復位時間秒+12.0TDINPUT/OUTPUTREAL0.0秒10.0秒微分時間秒+16.0D_FOUTPUTREAL5.0-10.05.0微分因子+20.0CON_ZONEOUTPUTREAL0.0100.0控制區域打開+24.0CONZ_ONOUTPUTBOOLFALSE控制區域162.0PFAC_SPINPUT/REAL0.0-1.01.0用于改變設定值的比

29、例因子OUTPUT當設定值改變時,PFAC_SP90.3TUN_KEEPINPUTBOOL92.0EROUTPUTREAL96.0LMN_POUTPUTREAL100.0LMN_IOUTPUTREAL104.0LMN_DOUTPUTREALFALSE保持調節打開取決于使0.0誤差信號用的傳感有效誤差在“誤差信號”輸出端器輸出。0.0比例部分“比例部分”包含了操作變量的比例作用部分。0.0積分部分“積分部分”包含了操作變量的積分作用部分。0.0微分部分僅當TUN_KEEP變為FALSE時模式才切換為自動模式。“微分部分”包含了操作變量的微分作用部分。指定有效的P作用。可設置0到1入可指定上限。之

30、間的值。1：設定值改變時，P作用起最大效果。0：設定值改變時，P作用不起任何效果。166.0GAININPUT/OUTPUTREAL%/物理單位2.0比例增益“比例增益”輸入用于指定控制器增益。通過設置負GAIN，可以使控制方向反向。170.0TIINPUT/OUTPUTREAL0.0秒40.0秒復位時間秒“復位時間”輸入（積分時間）確定積分動作響應。174.0TDINPUT/OUTPUTREAL0.0秒10.0秒微分時間秒“微分時間”輸入確定微分動作響應。178.0D_FINPUT/OUTPUTREAL5.0-10.05.0微分因子微分因子確定D作用的滯后情況。D_F=微分時間/“D作用滯后

31、時間”182.0CON_ZONEINPUT/OUTPUTREAL取決于使用的傳感器100.0控制區域如果誤差大于控制區域的寬度，則輸出操作變量的上限，作為操作變量的數值。如果誤差小于負控制區域的寬度，則輸出操作變量的下限，作為操作變量的數值。186.0CONZ_ONINPUT/OUTPUTBOOLFALSE控制區域打開CONZ_ON=TRUE,激活控制區域。自調節打開如果設置TUN_ON=TRUE,則操作變量取平均值，直到通過設定值步長改變或TUNST=TRUE激活操作變量TUN_DLMN。186.1TUN_ONINPUT/OUTPUTBOOLFALSE186.2TUN_STINPUT/OUT

32、PUTBOOLFALSE啟動自調節如果在工作點控制器調節時設定值保持恒定，則通過設置TUN_ST=TRUE，將操作變量步長改變TUN_DLMN大小。186.3UNDO_PARINPUT/OUTPUTBOOLFALSE撤銷對控制器參數的更改從數據結構PARSAVE中裝載控制器參數PFACSP、GAIN、Tl、TDDDFCONZON和CON_ZONE（僅限于手動模式）。186.4SAVE_PARINPUT/OUTPUTBOOLFALSE保存當前控制器參數在數據結構PARSAVE中保存控制器參數PFACSPDGAINDTIDTDDDFCONZON和CON_ZONE。186.5LOAD_PIDINPUT/OUTPUTBOOLFALSE裝載優化的PI/PID參數根據數據結構PICON或PIDCON里的pIdON,裝載控制器參數GAINDTIDTD（僅限于手動模式）186.6PID_ONINPUT/BOOLTRUEPID模式啟動OUTPUT在PID_ON的輸入端,可以指定是否將調節好的控制器作為PI或PID控制器使用。PI