PLC的通用闭环控制模板

    通用闭环控制模板也是特殊的功能模板，用来实现PID的闭环控制功能，例如，西门子公司S7-300 PLC系列中的FM 355模板（见图2-7）就是这种类型的模板，它是专门用来实现温度PID闭环控制的，下面我们详细介绍这一模板的性能和技术指标。
    图2-7    FM 355通用闭环控制模块的外形图    1) FM 355模板的概述。    如图2-7所示，这是一种专门用于温度控制的4通道闭环控制模块，具有方便的集成在线自设定优化控制功能。模板具有加热作用输出和冷却作用输出，能实现加热和冷却控制以及组合控制，模板具有预编程控制器结构，有2种控制算法：    ①FM 355 C作为连续作用控制器。    ②FM 355 S作为步级或脉冲控制器。    即用于通用型号执行器的直接控制的4个模拟输出( FM 355 C)或8个数字量输出(FM 355 S)。即使CPU停止工作或发生故障，控制模板也能继续工作，不受影响。    2) FM 355模板的应用范围。    FM 355闭环控制模块是集成的4通道温度控制模块。它可以应用于以下场合，例如，通用机械工程、设备制造、工业窖炉、冷却和加热器械、食品和饮料工业、橡胶和塑料机器、化学和过程控制工业、玻璃和陶瓷工业、木材和造纸工业等。    3) FM 355模板有两种类型    FM 355C，带有控制模拟执行器的4个模拟量输出的连续控制器；FM 355S，带有控制脉冲宽度调制执行器或二进制位控制执行器（如电热片和电热管）的8个数字输出的脉冲控制器。    FM 355可以用在SIMATIC S7-300 PLC和ET 200 M中（以S7-300/400作为DP主站，ET 200 M是DP从站）。    4) FM 355具有以下特点：    接线简单：传感器和执行器通过两个分开的20针前连接器进行连接。    发光二极管指示功能：红色发光二极管表示故障（组故障），绿色发光二极管表示数字量输入状态，黄色发光二极管表示备份操作方式。    能进行高性能的测量数据采集：模块有4个模拟量输入，用于模拟量值和扰动变量输入以及1个附加的模拟量输入，用于使用热电偶时作为热补偿的模拟值输入。    可以使用不同的传感器，如热电偶、Pt 100电阻、电压传感器、电流传感器。    5) FM 355模板的I/O范围。    ①FM 355 C：4个模拟输出用于模拟执行器。    ②FM 355 S：带有控制脉冲宽度调制执行器或二进制位控制执行器的8个数字输出的脉冲控制器，执行器所用的DC 24V电压由外部供电。    6) FM 355模板的分辨率和精度。    模板上模拟量转换为数字量的分辨率达到14位，这一优点在使用热电偶时特别突出。    7) FM 355模板的组态软件包。    模板提供专用的组态软件包(CD)，包含模板与CPU进行数据交换的标准功能块，参数化屏幕格式以及使用手册。    8) FM 355模板的功能。    FM355有4个独立的闭环控制通道。控制器具有以下特点：    ①预置的控制器结构组态取决于所选择的控制器结构，可以将多个不同类型的控制器相互连接成单一的结构，允许组态的结构有固定的设定点控制、级联式控制、比例控制、3部件控制。    根据所选控制器结构，几个控制器可以组合成为一种结构。    ②控制器有多种方式选择，有自动模式、手动模式、安全模式、跟随模式和备份模式。    ③采样时间为100~ 500ms（取决于使能的模拟输入数目）。    ④PID算法，集成在线自设定优化控制功能在模块内，不需要组态工具就可以执行，例如通过操作模板。新的优化算法可以在接近稳态时（温度近似达到稳定状态）时启动，它不需要等待冷却到环境温度后，在一个加热过程中完成。PID的参数在步响应达到工作点后很快被确定。这样能快速地得到工作点的参数。    ⑤由于参考支路和反馈支路的P比例项是连续的，因此在设定点阶跃变化时以及在一个优化的控制响应情况下，比例项的效应是精确地、成比例地减小。    ⑥控制器具有一个可调整的控制域。如果实际值处在控制域内，则控制器将以闭环控制方式运行。当实际值处在闭环控制域外时，将自动转为开环控制方式，并以最大的加热或冷却设置工作，从而保证快速地进入运行点。    ⑦备份模式。一旦CPU发生故障或CPU停止工作，控制器能够独立地继续工作。为此目的，利用“备份模式”功能，设定一个可参数化的安全设定点，或一个可参数化的安全操纵变量进行工作。    ⑧扰动变量输入。模拟输入除了用作实际值采集外，如果有必要的话，还可用来作为前馈补偿输入。    ⑨温度补偿。在使用热电偶时，模板提供了下面几种温度补偿方式，集成的温度传感器、外部的Pt 100电阻、参数化的比较温度。    使用FM 355模板时，随模板提供一个软件SIMATIC S7 FM 355-2 Temperature Control V5.1，当在STEP 7软件中安装上述FM 355-2模板专用软件后，为模板提供了若干专用的功能块(FB)，在表2-2中，总结了，这些功能块的意义。    表2.2    FM 355模板内置功能块说明  功能块 FMT_PID (FB52)  对FM 355进行操作控制，监控和在线修改参数 FMT_PAR (FB53)  在线修改其他参数 FMT_CJ_T (FB54)  读或写热电偶参考结温度 FMT_DSl (FB55)  读数据记录DS1的诊断数据 FMT_TUN (FB56)  在控制器运行期间，附加的支持功能 FMT_PV (FB57)  调试过程中对实际值（模拟量/数字量输入值）的读/写访问