安徽西門子S7-200SMART模塊代理經(jīng)銷商

通用閉環(huán)控制模板也是特殊的功能模板，用來實(shí)現(xiàn)PID的閉環(huán)控制功能，例如，西門子公司S7-300 PLC系列中的FM 355模板（見圖2-7）就是這種類型的模板，它是專門用來實(shí)現(xiàn)溫度PID閉環(huán)控制的，下面我們?cè)敿?xì)介紹這一模板的性能和技術(shù)指標(biāo)。

    1) FM 355模板的概述。

    如圖2-7所示，這是一種專門用于溫度控制的4通道閉環(huán)控制模塊，具有方便的集成在線自設(shè)定優(yōu)化控制功能。模板具有加熱作用輸出和冷卻作用輸出，能實(shí)現(xiàn)加熱和冷卻控制以及組合控制，模板具有預(yù)編程控制器結(jié)構(gòu)，有2種控制算法：

    ①FM 355 C作為連續(xù)作用控制器。

    ②FM 355 S作為步級(jí)或脈沖控制器。

    即用于通用型號(hào)執(zhí)行器的直接控制的4個(gè)模擬輸出( FM 355 C)或8個(gè)數(shù)字量輸出(FM 355 S)。即使CPU停止工作或發(fā)生故障，控制模板也能繼續(xù)工作，不受影響。

    2) FM 355模板的應(yīng)用范圍。

    FM 355閉環(huán)控制模塊是集成的4通道溫度控制模塊。它可以應(yīng)用于以下場(chǎng)合，例如，通用機(jī)械工程、設(shè)備制造、工業(yè)窖爐、冷卻和加熱器械、食品和飲料工業(yè)、橡膠和塑料機(jī)器、化學(xué)和過程控制工業(yè)、玻璃和陶瓷工業(yè)、木材和造紙工業(yè)等。

    3) FM 355模板有兩種類型

    FM 355C，帶有控制模擬執(zhí)行器的4個(gè)模擬量輸出的連續(xù)控制器；FM 355S，帶有控制脈沖寬度調(diào)制執(zhí)行器或二進(jìn)制位控制執(zhí)行器（如電熱片和電熱管）的8個(gè)數(shù)字輸出的脈沖控制器。

    FM 355可以用在SIMATIC S7-300 PLC和ET 200 M中（以S7-300/400作為DP主站，ET 200 M是DP從站）。

    4) FM 355具有以下特點(diǎn)：

    接線簡(jiǎn)單：傳感器和執(zhí)行器通過兩個(gè)分開的20針前連接器進(jìn)行連接。

    發(fā)光二極管指示功能：紅色發(fā)光二極管表示故障（組故障），綠色發(fā)光二極管表示數(shù)字量輸入狀態(tài)，黃色發(fā)光二極管表示備份操作方式。

    能進(jìn)行高性能的測(cè)量數(shù)據(jù)采集：模塊有4個(gè)模擬量輸入，用于模擬量值和擾動(dòng)變量輸入以及1個(gè)附加的模擬量輸入，用于使用熱電偶時(shí)作為熱補(bǔ)償?shù)哪M值輸入。

    可以使用不同的傳感器，如熱電偶、Pt 100電阻、電壓傳感器、電流傳感器。

    5) FM 355模板的I/O范圍。

    ①FM 355 C：4個(gè)模擬輸出用于模擬執(zhí)行器。

    ②FM 355 S：帶有控制脈沖寬度調(diào)制執(zhí)行器或二進(jìn)制位控制執(zhí)行器的8個(gè)數(shù)字輸出的脈沖控制器，執(zhí)行器所用的DC 24V電壓由外部供電。

    6) FM 355模板的分辨率和精度。

    模板上模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的分辨率達(dá)到14位，這一優(yōu)點(diǎn)在使用熱電偶時(shí)特別突出。

    7) FM 355模板的組態(tài)軟件包。

    模板提供的組態(tài)軟件包(CD)，包含模板與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，參數(shù)化屏幕格式以及使用手冊(cè)。

    8) FM 355模板的功能。

    FM355有4個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)控制通道?？刂破骶哂幸韵绿攸c(diǎn)：

    ①預(yù)置的控制器結(jié)構(gòu)組態(tài)取決于所選擇的控制器結(jié)構(gòu)，可以將多個(gè)不同類型的控制器相互連接成單一的結(jié)構(gòu)，允許組態(tài)的結(jié)構(gòu)有固定的設(shè)定點(diǎn)控制、級(jí)聯(lián)式控制、比例控制、3部件控制。

    根據(jù)所選控制器結(jié)構(gòu)，幾個(gè)控制器可以組合成為一種結(jié)構(gòu)。

    ②控制器有多種方式選擇，有自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、安全模式、跟隨模式和備份模式。

    ③采樣時(shí)間為100~ 500ms（取決于使能的模擬輸入數(shù)目）。

    ④PID算法，集成在線自設(shè)定優(yōu)化控制功能在模塊內(nèi)，不需要組態(tài)工具就可以執(zhí)行，例如通過操作模板。新的優(yōu)化算法可以在接近穩(wěn)態(tài)時(shí)（溫度近似達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)）時(shí)啟動(dòng)，它不需要等待冷卻到環(huán)境溫度后，在一個(gè)加熱過程中完成。PID的參數(shù)在步響應(yīng)達(dá)到工作點(diǎn)后很快被確定。這樣能快速地得到工作點(diǎn)的參數(shù)。

    ⑤由于參考支路和反饋支路的P比例項(xiàng)是連續(xù)的，因此在設(shè)定點(diǎn)階躍變化時(shí)以及在一個(gè)優(yōu)化的控制響應(yīng)情況下，比例項(xiàng)的效應(yīng)是精確地、成比例地減小。

    ⑥控制器具有一個(gè)可調(diào)整的控制域。如果實(shí)際值處在控制域內(nèi)，則控制器將以閉環(huán)控制方式運(yùn)行。當(dāng)實(shí)際值處在閉環(huán)控制域外時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)為開環(huán)控制方式，并以大的加熱或冷卻設(shè)置工作，從而保證快速地進(jìn)入運(yùn)行點(diǎn)。

    ⑦備份模式。一旦CPU發(fā)生故障或CPU停止工作，控制器能夠獨(dú)立地繼續(xù)工作。為此目的，利用“備份模式”功能，設(shè)定一個(gè)可參數(shù)化的安全設(shè)定點(diǎn)，或一個(gè)可參數(shù)化的安全

操縱變量進(jìn)行工作。

    ⑧擾動(dòng)變量輸入。模擬輸入除了用作實(shí)際值采集外，如果有必要的話，還可用來作為前饋補(bǔ)償輸入。

    ⑨溫度補(bǔ)償。在使用熱電偶時(shí)，模板提供了下面幾種溫度補(bǔ)償方式，集成的溫度傳感器、外部的Pt 100電阻、參數(shù)化的比較溫度。

    使用FM 355模板時(shí)，隨模板提供一個(gè)軟件SIMATIC S7 FM 355-2 Temperature Control V5.1，當(dāng)在STEP 7軟件中安裝上述FM 355-2模板軟件后，為模板提供了若干的功能塊(FB)，在表2-2中，總結(jié)了，這些功能塊的意義。

    表2.2    FM 355模板內(nèi)置功能塊說明

    PID，PID回路指令。使能輸入有效時(shí)，該指令利用回路表中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行PID運(yùn)算。梯形圖的指令盒中有2個(gè)數(shù)據(jù)輸入端：TBL，回路表的起始地址，是由VB的字節(jié)型數(shù)據(jù)；LOOP，回路號(hào)，是0～7的常數(shù)。

    指令影響的特殊標(biāo)志存儲(chǔ)器位：SM1.1（溢出）。

    使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM1.1（溢出）、SM4.3（運(yùn)行時(shí)間）、0006（間接尋址）。

    指令格式：PID    TBL，LOOP

    (1) PID回路號(hào)。

    用戶程序中多可有8條PID回路，不同的PID回路指令不能使用相同的回路號(hào)，否則，會(huì)因PID運(yùn)算的相互干擾而產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。

    (2)數(shù)值轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化。

    給定值和過程變量都可能是現(xiàn)實(shí)世界的值，它們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。在PID指令對(duì)這些現(xiàn)實(shí)世界的值進(jìn)行運(yùn)算之前，必須把它們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型表達(dá)形式。

    給定值和過程變量的標(biāo)準(zhǔn)化公式：RNom=RRaw／Span +Offset

    式中：RNom    標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值

    RRav    給定值和過程變量的原值

    Span    值域的大小，為可能的大值減可能的小值

    Offset    偏移量，單極性為0，雙極性為0.5

    通過上述公式可以將給定值和過程變量轉(zhuǎn)化為0～1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)值（雙極性標(biāo)準(zhǔn)值在0.5上下變化；單極性在0.0和1.0之間變化）。

    PID回路輸出為0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值，在回路輸出可以用于驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，必須將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)16位的標(biāo)定整數(shù)值。

    回路輸出轉(zhuǎn)換成標(biāo)定實(shí)數(shù)值公式：Rscal=(Mn- Offset)×Span

    式中：Rscal    回路輸出的標(biāo)定實(shí)數(shù)值

    Mn    回路輸出的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值

    Span    值域的大小，為可能的大值減可能的小值

    Offset    偏移量，單極性為0，雙極性為0.5

    (3)選擇PID回路類型。

    在大部分模擬量的控制中，使用的回路控制類型并不是比例、積分和微分三者俱全。例如，只需要比例回路或只需要比例積分回路，通過對(duì)常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。

    關(guān)閉積分回路：把積分時(shí)間TI設(shè)置為無窮大，此時(shí)雖然由于有初值MX使積分項(xiàng)不為零，但積分作用可以忽略。

    關(guān)閉微分回路：把微分時(shí)間TD設(shè)置為0，微分作用即可關(guān)閉。

    關(guān)閉比例回路：把比例增益Kc設(shè)置為0，則可以只保留積分和微分項(xiàng)。

    (4) PID控制方式。

    為了讓PID運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作，PID指令必須用在定時(shí)發(fā)生的中斷程序中，或者用在主程序中被定時(shí)器所控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時(shí)間則必須通過回路表輸入到PID運(yùn)算中。

    S7-200的PID指令回路沒有設(shè)置控制方式，只有當(dāng)PID指令盒有能流流入時(shí)，才執(zhí)行PID運(yùn)算。執(zhí)行PID運(yùn)算稱為“自動(dòng)”方式。不被執(zhí)行PID運(yùn)算時(shí)，稱為“手動(dòng)”模式。PID指令的使能位檢測(cè)到信號(hào)的正跳變后，PID指令執(zhí)行一系列的動(dòng)作，使PID指令從手動(dòng)方式無擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式。為了達(dá)到無擾動(dòng)切換，在轉(zhuǎn)變到自動(dòng)方式前，必須把手動(dòng)方式下的輸出值填入回路表中的Mn欄。

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