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FB42 “CONT_S” & FB59 “TCONT_S”

FB42 “CONT_S” 为PI步进控制器，可以用作PI固定设定值控制器；也可以用于级联、混合或比率控制器中的次级控制器，但是不能当做主控制器使用。

图1. FB42 “CONT_S” 方框图

FB59 “TCONT_S” 为步进温度控制器。过程值PV_PER与FB58类似，支持温度信号输入。用于形成偏差的设定值和过程值必须具有相同的单位。

 

图2. FB59 “TCONT_S” 方框图

主要参数

图3. FB42 “CONT_S” 程序块

注：以TIA Potal V13 SP1为例，该功能块在 STEP 7中的管脚与其相同

表1.FB42 “CONT_S” 的输入参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	应用
COM_RST	IN	BOOL		FALSE	完全重启动
LMNR_HS	IN	BOOL		FALSE	上限位
LMNR_LS	IN	BOOL		FALSE	下限位
LMNS_ON	IN	BOOL		TRUE	手/自动选择	LMNS_ON: 0:自动 1:手动
LMNUP	IN	BOOL		FALSE	QLMNUP手动输出
LMNDN	IN	BOOL		FALSE	QLMNDN手动输出
PVPER_ON	IN	BOOL		FALSE	当前值选择	PVPER_ON: 0:PV_IN 有效 1:PVPER 有效
CYCLE	IN	TIME	CYCLE >= 1ms	T#1S	采样时间
SP_INT	IN	REAL		0.0	设定值
PV_IN	IN	REAL		0.0	过程变量输入
PV_PER	IN	WORD		W#16#0000	外设过程变量输入
GAIN	IN	REAL		2.0	比例
TI	IN	TIME	TI >= CYCLE	T#20s	积分
DEADB_W	IN	REAL			死区
PV_FAC	IN	REAL		1.0	过程变量因子
PV_OFF	IN	REAL		0.0	过程变量偏移量
PULSE_TM	IN	TIME	PULSE_TM >= CYCLE	T#3s	最小脉冲时间
BREAK_TM	IN	TIME	BREAK_TM >= CYCLE	T#3s	最短中断时间
MTR_TM	IN	TIME	MTR_TM >= CYCLE	T#30s	周期时间	从LMNR_LS运行到LMNR_HS的时间
DISV	IN	REAL		0.0	干扰变量

表2. FB42 “CONT_S” 的输出参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	说明
QLMNUP	OUT	BOOL		FALSE	正向脉冲
QLMNDN	OUT	BOOL		FALSE	负向脉冲
PV	OUT	REAL		0.0	当前值输出
ER	OUT	REAL		0.0	偏差

表3. FB42 “CONT_S” 的静态变量

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	说明
LMNRS_ON	STATS	BOOL		FALSE	虚拟位置反馈输出开关	一个脉冲周期内的脉冲个数，倒数计数
LMNRSVAL	STATS	REAL		0	虚拟位置反馈输出量程	0~100%
LMNR_SIM	STATS	REAL		0.0	虚拟位置反馈输出
stImpDauer	STATS	TIME		T#0MS	最小脉冲时间当前值
stImpDauer	STATS	TIME		T#0MS	最短中断时间当前值

图4. FB59 “TCONT_S” 程序块

注：以TIA Potal V13 SP1为例，该功能块在 STEP 7中的管脚与其相同

表4. FB59 “TCONT_S” 的输入参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	应用
CYCLE	IN	TIME	CYCLE >= 1ms	T#1S	采样时间
SP_INT	IN	REAL		0.0	设定值
PV_IN	IN	REAL		0.0	过程变量输入
PV_PER	IN	INT		0	外设过程变量输入
DISV	IN	REAL		0.0	干扰变量
LMNR_HS	IN	BOOL		FALSE	上限位
LMNR_LS	IN	BOOL		FALSE	下限位
LMNS_ON	IN	BOOL		TRUE	手/自动选择	LMNS_ON: 0:自动 1:手动
LMNUP	IN	BOOL		FALSE	QLMNUP手动输出
LMNDN	IN	BOOL		FALSE	QLMNDN手动输出
COM_RST	IN	BOOL		FALSE	完全重启动

表5. FB59 “TCONT_S” 的输出参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	说明
QLMNUP	OUT	BOOL		FALSE	正向脉冲
QLMNDN	OUT	BOOL		FALSE	负向脉冲
PV	OUT	REAL		0.0	当前值输出
ER	OUT	REAL		0.0	偏差

表6. FB59 “TCONT_S” 的静态变量

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	应用
PV_FAC	STATS	REAL		1.0	过程变量因子
PV_OFFS	STATS	REAL		0.0	过程变量偏移量
DEADB_W	STATS	REAL		0.0	死区
PFAC_SP	STATS	REAL		1.0	设定值比例因子
GAIN	STATS	REAL		2.0	比例
TI	STATS	REAL	TI >= CYCLE	40.0s	积分
MTR_TM	STATS	REAL	MTR_TM >= CYCLE	30.0s	周期时间	从LMNR_LS运行到LMNR_HS的时间
PULSE_TM	STATS	REAL	PULSE_TM >= CYCLE	0.0s	最小脉冲时间
BREAK_TM	STATS	REAL	BREAK_TM >= CYCLE	0.0s	最短中断时间
PER_MODE	STATS	INT		0	输入模式选择	可使用此开关输入 I/O 模块的类型。 然后，在 PV 输出中对输入 PV_PER 中的过程值进行如下标定： PER_MODE = 0：热电偶；PT100/NI100；标准 PV_PER * 0.1 单位： °C，°F PER_MODE = 1：PT100/NI100；气候型 PV_PER * 0.01 单位： °C，°F PER_MODE = 2：电流/电压 PV_PER * 100/27648 单位： %
PVPER_ON	STATS	BOOL		FALSE	当前值选择	PVPER_ON: 0:PV_IN 有效 1:PVPER 有效

FB42 “CONT_S” 与 FB59 “TCONT_S”的工作模式

单独调节 ：根据设定值与当前值的偏差，按照设定好的比例、积分、微分参数进行控制

串级调节：如下图所示

 

FB58高级功能

FB58 “TCONT_CP“与FB41“CONT_C”相比增加了如表1.所示的功能，本文将以表1.为引导，逐一描述

表1. FB58 “TCONT_CP“与FB41“CONT_C”功能对比

	FB41	FB58
过程I/O处理	√	增加PER_MODE
设定值弱化	-	√
积分保持	√	增加正/反向保持
控制带	-	√
自整定	-	√
参数装载/保存/重载	-	√
PWM	-	√
无扰切换	手动→自动	√

注：过程I/O已经在前面的文档里描述，故不再重复

设定值弱化PFAC_SP

PFAC_SP=1.0 设定值发生变化，比例作用发挥全部作用；

PFAC_SP=0.0 设定值发生变化，比例作用不发挥任何作用。

图1. FB58 “TCONT_CP“: PFAC_SP=1.0

图2. FB58 “TCONT_CP“: PFAC_SP=0.0

积分保持

FB58 “TCONT_CP“积分保持增加了正/反向积分保持功能

正向积分保持：ER>0,积分作用冻结

反向积分保持：ER<0,积分作用冻结

表2.积分保持

	INT_HPOS	INT_HNEG
正向保持	1	0
反向保持	0	1
积分保持	1	1

下图由WINCC截取各个积分保持的曲线：

黑色(SP)：设定值

红色(PV)：当前值

蓝色(OUT)：PID输出

粉色(I)：积分分量

图3.正向积分保持

图4. 反向积分保持

图5.积分保持

控制带CON_ZONE

温度控制回路是一个有明显滞后特性的对象，这给实际的调节过程带来了很多的问题，最显著的困难就是在过程值偏离设定值较大时，调节过程过于缓慢，而在接近设定值时容易出现较大的超调。
从上述的两个问题出发，PID应该满足这样的功能：

1，在偏差超过一定的范围时，PID输出最大或者最小的调节量，让温度值快速回到一个小的范围中，以缩短回路的调节时间；

2，在设定值附近时，越靠近调节量变化越小，以防止超调。

图6，控制带

由上图可见：

1，PV>SP_INT+CONE_ZONE; LMN=LMN_LLM

2，PV<SP_INT+CONE_ZONE; LMN=LMN_HLM

3，.SP_INT-CON_ZONE < PV < SP_INT+CON_ZONE; LMN=LMN_sum

下图由WINCC截取死区的控制曲线：

黑色(SP)：设定值

红色(PV)：当前值

蓝色(OUT)：PID输出

粉色(I)：积分分量

图7. 控制带控制方式

自整定

FB58 “TCONT_CP“功能块自带自整定功能。

自整定有如下几种整定方式：

1，使用设定值阶跃变化，通过逼近工作点来实现整定；

2，通过设置一个起始位，在工作点上进行整定；

注: 以上两种方式均可在控制面板或程序内实现。

自整定可整定如下参数：

1,PFAC_SP;

2,比例参数GAIN;

3,积分时间TI;

4,微分时间TD;(仅PID参数整定)

5,微分因子D_F;

6,控制带开/关CONZ_ON=1;(仅PID参数整定)

7,控制带宽度CON_ZONE;(仅PID参数整定)

通过控制面板自整定

如下图示所，通过面板做自整定:

注: 以STEP 7 V5.5为例

图8. 自整定控制面板

图9. 自整定介绍. 单击Next，下一步

图10 .整定控制器参数选择 . 单击Next，下一步

a. PID参数整定，包含控制带及微分参数;

b.PI参数整定 ，不包含控制带及微分参数.

图11. 自整定激励方式 . 单击Next，下一步

a. 使用设定值阶跃变化，通过逼近工作点来实现整定；

b. 通过设置一个起始位，在工作点上进行整定.

图12. 过程激励. 单击Next，下一步

a. 设定值

1，当在上一步选择"Tune at the operating point by setting a start bit", 无法修改；

2，当在上一步选择"Tune by approaching the operating point with a setpoint step change",可修改设定值阶跃值.

b，输出值阶跃(TUN_DLMN):

当进行整定后进入PHASE 2，LMN=LMN0+TUN_DLMN （为阶跃值）.

图13. 自整定结果

a，整定结果

b，控制器类型

通过程序块自整定

同样也可以通过程序块进行自整定，步骤如下：

1.设置TUN_ON=TURE，准备整定控制器。控制器从阶段0切换到阶段1。

2.在阶段1中等待一段时间后，在SP_INT参数设置一个设定值阶跃变化，或者设置TUN_ST=TURE。控制器输出一个由数值TUN_DLMN改变了的可调节变量，然后开始搜索拐点。

设定值阶跃自整定方式

由WINCC截图可看设定值阶跃自整定:

设定值(SP):红色

反 馈 (PV):绿色

输 出 (LMN):深蓝色

自整定整定阶段(PHASE):浅蓝色

自整定启动(TUN_ON):紫色

整定结果(STAUTS_H):黄色

图14. 设定值阶跃自整定方式

工作点自整定方式

由WINCC截图可看设定值阶跃自整定:

设定值(SP):红色

反 馈 (PV):绿色

输 出 (LMN):深蓝色

自整定整定阶段(PHASE):浅蓝色

自整定启动(TUN_ON):紫色

整定结果(STAUTS_H):黄色

图15. 工作点自整定方式

自整定过程PHASE

由以上两图可知,当激活自整定后，主要有4个阶段:

PHASE 1:TUN_ON=TRUE,进入PHASE 1 LMN当前值写入.DBD220(LMN0);

PHASE 2:由SP_INT的阶跃变化或TUN_ST触发整定，进入PHASE 2，搜索拐点LMN=LMN0+TUN_DLMN;

PHASE 3~5:参数整定，当PV值超过了SP值阶跃变化的75%，整定结束。始终以自动方式启动，并且LMN=LMN0+0.75*TUN_DLMN（即使整定前处于手动模式）

PHASE 7:检查过程类型

注意事项:

1,设定值阶跃和TUN_DLMN必须合适匹配，如果TUN_DLMN太高，设定值阶跃变化的75%范围内找不到拐点；

2,TUN_DLMN必须足够高，以便过程变量可以至少达到设定值阶跃变化的22%，否则可能会一直停留在PHASE 2。

自整定出错状态和纠正方法

图16. 自整定常见问题

注意:

1,同时置位TUN_ON和TUN_ST，系统始终处于PHASE1，无法启动自整定;

2,当有效的TUN_DLMN<5%时（阶段1结束），STATUS_H=30002，整定被终止;

3,采样时间CYCLE和CYCLE_P之间的差值超过了5%， STATUS_H=30005，整定被终止。

 

FB58（TCONT_CP）

功 能：FB58 “TCONT_CP“ 针对温度控制过程而设计（也可应用于其他控制过程），可实现连续调节及比例调节元件的两级调节。

输出类型：模拟量输出或PWM输出可选。

应用领域：特别适用于温度控制过程，可选 PI 或 PID 控制方式。适用于带自整定功能的回路。

特 点：具备温度信号转换的功能，带自整定功能，同时具备模拟量输出和PWM输出方式，两步控制方式，比例作用可弱化，控制带功能。

图1.FB58"TCONT_CP" 的方框图

主要参数

图2. FB58"TCONT_CP"程序块

注：以TIA Portal V13 SP1为例，该功能块在STEP 7中的管脚与其相同

表1. FB58"TCONT_CP" 的输入参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	应用
PV_IN	IN	REAL	-100~100(%)或者 物理值	0.0	过程变量输入	必须与SP_INT单位一致
PV_PER	IN	INT		0	外设过程变量输入	PIW xxx
DISV	IN	REAL	-100~100(%)	0.0	干扰变量
INT_HPOS	IN	BOOL		FLASE	积分作用的输出可在正向保持	必须与SP_INT单位一致
INT_HNEG	IN	BOOL		FLASE	积分作用的输出可在负向保持
SELECT	IN	INT		0	模式选择	如果脉冲整形器开启，则有几种方法可以调用 PID 算法和脉冲整形器： SELECT = 0：以快速循环中断优先级等级调用控制器，处理 PID 算法和脉冲整形器。 SELECT = 1：在 OB1 中调用控制器，仅处理 PID 算法。 SELECT = 2：以快速循环中断优先级等级调用控制器，仅处理脉冲整形器。 SELECT = 3：以慢速循环中断优先级等级调用控制器，仅处理 PID 算法。

表2. FB58"TCONT_CP" 的输入输出参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	应用
CYCLE	IN/OUT	REAL		0.1(s)	采样时间
CYCLE_P	IN/OUT	REAL		0.02(s)	脉冲整形器作用的采样时间
SP_INT	IN/OUT	REAL		0.0	设定值
MAN	IN/OUT	REAL		0.0	手动控制值
COM_RST	IN/OUT	BOOL		0.0	完全重启动	置位后自动复位
MAN_ON	IN/OUT	BOOL		TRUE	手/自动切换按钮	MAN_ON: 0:自动 1:手动

表3. FB58"TCONT_CP"的输出参数

参数	变量类型	数据类型	取值范围	默认	描述	说明
LMN	OUT	REAL		0.0	调节值
LMN_PER	OUT	INT		0	外设调节值	PQW xxx
QLMN_HLM	OUT	BOOL		FALSE	调节值上限报警
QLMN_LLM	OUT	BOOL		FALSE	调节值下限报警
LMN_P	OUT	REAL		0.0	比例分量
LMN_I	OUT	REAL		0.0	积分分量
LMN_D	OUT	REAL		0.0	微分分量
PV	OUT	REAL		0.0	当前值输出
QPLUSE	OUT	BOOL		FLASE	脉冲输出
QC_ACT	OUT	BOOL		FLASE	连续控制指示	此参数指示是否在下一次调用块时处理连续控制组件（仅当 SELECT 的值为 0 或为 1 时才相关）

表4. FB58"TCONT_CP"的常用静态参数

参数	偏移量	数据类型	取值范围	默认	描述	说明
DEAD_W	44.0	REAL		0.0	死区
I_ITLVAL	48.0	REAL	-100~100(%)	0.0	积分初始值
LMN_HLM	52.0	REAL		FALSE	输出值上限
LMN_LLM	56.0	REAL		FALSE	输出值下限
PER_TM	76.0	REAL		0.0	周期时间	脉冲调制的周期时间
P_B_TM	80.0	REAL		0.0	最小脉冲/中断时间	防止阀门频繁开关
TUN_DLMN	84.0	REAL	-100~100(%)	0.0	阶跃值	控制器调节的过程激发是由 TUN_DLMN 中的输出值阶跃变化引起的。
PER_MODE	88.0	INT		0	输入值模式选择	可使用此开关输入 I/O 模块的类型。 然后，在 PV 输出中对输入 PV_PER 中的过程值进行如下标定： PER_MODE = 0：热电偶；PT100/NI100；标准 PV_PER * 0.1 单位： °C，°F PER_MODE = 1：PT100/NI100；气候型 PV_PER * 0.01 单位： °C，°F PER_MODE = 2：电流/电压 PV_PER * 100/27648 单位： %
PVPER_ON	90.0	BOOL		FLASE	当前值选择外设	PVPER_ON: 0:当前值选择PV_IN 1:当前值选择PV_PER
I_ITL_ON	90.1	BOOL		FLASE	积分设定值	I_ITL_ON: 0:积分作用值由偏差计算 1:积分作用值为I_ITVAL
PULSE_ON	90.2	BOOL		FLASE	激活脉冲功能
ER	92.0	REAL		0.0	偏差	ER=SP_INT-PV_IN
LMN_P	96.0	REAL		0.0	比例分量
LMN_I	100.0	REAL		0.0	积分分量
LMN_D	104.0	REAL		0.0	微分分量
PHASE	108.0	INT		0	自整定阶段	在输出 PHASE 中指示控制器调节的当前阶段。 PHASE = 0：无调节模式；自动模式或手动模式 PHASE = 1：启动调节准备就绪；检查参数、等待激发、测量采样时间 PHASE = 2：实际调节： 使用常量输出值搜索拐点。 在背景数据块中输入采样时间。 PHASE = 3：计算过程参数。 在进行调节之前保存有效的控制器参数。 PHASE = 4：控制器设计 PHASE = 5：根据新的调节变量跟踪控制器 PHASE = 7：验证过程类型
STATUS_H	110.0	INT		0	整定状态字
STATUS_D	112.0	INT		0	被控对象类型	一阶、二阶等被控对象
PI_CON	116.0	STRUCT	PI 控制器
GAIN	+0.0	REAL		0.0	比例参数
TI	+4.0	REAL	(s)	0.0	积分参数
PID_CON	124.0	STRUCT	PID 控制器
GAIN	+0.0	REAL		0.0	比例参数
TI	+4.0	REAL	(s)	0.0	积分参数
TD	+8.0	REAL	(s)	0.0	微分参数
PAR_SAVE	136.0	STRUCT	PID 参数存储
PFAC_SP	+0.0	REAL		0.0	设定值比例因子
GAIN	+4.0	REAL		0.0	比例参数
TI	+8.0	REAL	(s)	0.0	积分参数
TD	+12.0	REAL	(s)	0.0	微分参数
D_F	+16.0	REAL	5.0~10.0	5.0	微分因子
CON_ZONE	+20.0	REAL		0.0	控制带
CONC_ON	+24.0	BOOL		FLASE	控制带使能
PFAC_SP	162.0	REAL		0.0	设定值比例因子
GAIN	166.0	REAL		0.0	比例参数
TI	170.0	REAL	(s)	0.0	积分参数
TD	174.0	REAL	(s)	0.0	微分参数
D_F	178.0	REAL	5.0~10.0	5.0	微分因子
CON_ZONE	182.0	REAL		0.0	控制带
CONC_ON	186.0	BOOL		FLASE	控制带使能
TUN_ON	186.1	BOOL		FLASE	启动自整定
TUN_ST	186.2	BOOL		FLASE	激活激励	如果在控制器调节期间操作点的设定值保持恒定，则 TUN_ST=1 将激活输出值阶跃变化（变化量为 TUN_DLMN）。
UNDO_PAR	186.3	BOOL		FLASE	加载参数	从数据结构 PAR_SAVE 加载控制器参数 PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_FCONZ_ON 和 CON_ZONE （仅在手动模式下有效）。
SAVE_PAR	186.4	BOOL		FLASE	保存参数	在数据结构 PAR_SAVE 中保存控制器参数 PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_F、CONZ_ON 和 CON_ZONE。
LOAD_PID	186.5	BOOL		FLASE	加载参数	根据 PID_ON，从数据结构 PI_CON 或 PID_CON 加载控制器参数 GAIN、TI,TD（仅在手动模式下有效）
PID_ON	186.6	BOOL		FLASE	模式选择	在输入 PID_ON 中，可以指定已调整的控制器作为 PI 控制器还是作为 PID 控制器运行。 PID 控制器： PID_ON = TRUE PI 控制器： PID_ON = FALSE 但是，对于某些过程类型，尽管 PID_ON = TRUE，仍然只能设计 PI 控制器。

手/自动选择（MAN_ON）

表5.MAN_ON的选择

参数	状态	说明
MAN_ON	0	自动控制：PID经过程序块计算输出
MAN_ON	1	手动控制：直接由MAN控制输出

当前值PV_IN与PV_PER的选择

表6.PVPER_ON的选择

参数	状态	说明
PVPER_ON	0	PV_IN有效
PVPER_ON	1	PV_PER有效

注：无论当前值选择哪个管脚，SP_INT必须与其量纲相同

当选择PV_IN作为反馈值时， FB58"TCONT_CP"与FB41"CONT_C"的用法一样

PVPER_ON=1时，PER_MODE模式选择

表7.PID参数设定

参数	描述	公式
PER_MODE=0	热电偶或热电阻标准型	PV_PER*0.1
PER_MODE=1	热电阻气候型	PV_PER*0.01
PER_MODE=2	电流/电压转换	PV_PER * 100/27648

图3. PER_MODE=0

图4. PER_MODE=1

图5. PER_MODE=2

PID输出LMN与LMN_PER选择

FB58"TCONT_CP"与FB41"CONT_C"的用法一样,参考之前的文档： FB41基本使用

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