西门子 FB41/42 PID控制说明200405
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西门子 FB41/42 PID控制说明200405
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PID_FB41_FB42_FB43
用 Step7 中 SFB41/FB 41，SFB42/FB42，
SFB43/FB43 实现 PID 控制
SLC A&D CS
May 2004
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目 录
1 概述 ...................................................................................................................... 3
1.1 应用 ............................................................................................................... 3
1.2 控制系统分析 ................................................................................................. 4
2 PID系统控制器的选择 ......................................................................................... 7
2.1 连续控制器、开关控制器 ............................................................................... 7
2.2 固定值控制器 ................................................................................................. 8
2.3 级联控制器 .................................................................................................... 8
2.4 混合控制器 .................................................................................................... 8
2.5 比例控制器 .................................................................................................... 9
2.5.1 单循环比例控制器 ................................................................................... 9
2.5.2 多循环比例控制器 ................................................................................... 9
2.6 二级控制器 .................................................................................................... 9
2.7 三级控制器 .................................................................................................. 10
3 布线 .................................................................................................................... 10
3.1 布线规则 ...................................................................................................... 10
3.1.1 连接电缆 ............................................................................................... 10
3.1.2 屏蔽端接元件 ........................................................................................ 10
3.1.3 警告 ....................................................................................................... 10
3.1.4 其它信息 ............................................................................................... 10
4 参数赋值工具介绍 .............................................................................................. 10
4.1 调试 PID参数的用户界面 ............................................................................ 11
4.2 获取在线帮助的途径 .................................................................................... 12
5 在用户程序中实现 .............................................................................................. 12
5.1 调用功能块 .................................................................................................. 12
5.2 背景数据块 .................................................................................................. 13
5.3 程序结构 ...................................................................................................... 13
6 功能块介绍 ......................................................................................................... 13
6.1 连续调节功能 SFB 41/FB 41 “CONT_C” .................................................... 13
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6.1.1 简介 ....................................................................................................... 13
6.1.2 应用程序 ............................................................................................... 14
6.1.3 说明 ....................................................................................................... 14
6.2 步进控制功能 SFB 42/FB 42“CONT_S” ..................................................... 26
6.2.1 简介 ....................................................................................................... 26
6.2.2 应用程序 ............................................................................................... 26
6.2.3 说明 ....................................................................................................... 27
6.3 脉冲宽度调制器 SFB 43/FB 43“PULSEGEN” ............................................ 36
6.3.1 简介 ....................................................................................................... 36
6.3.2 应用程序 ............................................................................................... 36
6.3.3 说明 ....................................................................................................... 36
7 功能块举例 ......................................................................................................... 49
1 概述
本文中所讨论的功能块（SFB41/FB41，SFB42/FB42，SFB43/FB43）仅仅是使用于S7和
C7的CPU中的循环中断程序中。该功能块，定期计算所需要的数据，保存在指定的DB中
（背景数据块）。允许多次调用该功能块。CONT_C块与PULSEGEN块组合使用，可以获
得一个带有比例执行机构脉冲输出的控制器（例如，加热和冷却装置）。
SFB41/FB41 (CONT_C)， 连续控制方式；
SFB42/FB42 (CONT_S)， 步进控制方式；
SFB43/FB43 (PULSEGEN)， 脉冲宽度调制器；
注意：SFB41/42/43，与FB41/42/43兼容，可以用于CPU 313C、CPU 313C-2 DP/PTP 和
CPU 314C-2 DP/PTP中。
1.1 应用
借助于由你组态大量模块组成的控制器，可以完成带有PID算法的实际控制器。控制效率，即
处理速度取决于你所使用的CPU性能。对于给定的CPU，必须在控制器的数量和控制器所需
要执行频率之间找到一个折衷方案。连接的控制电路越快，所安装的控制器数量越少，则每个
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时间单位计算的数值就越多。对于控制过程的类型没有限制。较慢（温度、填料位，等）以及
较快的控制系统（流量、速度，等）都可以控制。
1.2 控制系统分析
控制系统的静态性能（增益）和动态性能（滞后、空载时间、积分常数，等），都是设计系统
控制器及其静态参数（P操作）和动态参数（I、D操作）的主要因素。
因此，熟练掌握控制系统的类型和特性非常重要。（如图1，图2，图3，图4）
图 1
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图 2
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图 3
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图 4
2 PID 系统控制器的选择
控制系统的属性由技术过程和机器条件决定。因此，为了获得良好的控制效果，你必须选择最
适用的系统控制器。
2.1 连续控制器、开关控制器
连续控制器，输出一个线性（模拟）数值。
开关控制器，输出一个二进制（数字）数值。
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2.2 固定值控制器
固定值控制，使用设定固定数值进行的过程控制，只是偶尔修改一下参考变量，过程偏差的控
制。
2.3 级联控制器
级联控制器，控制器串行连接控制。第一个控制器（主控制器）决定了串行控制器（从控制
器）的设定点，或者根据过程变量的实际错误影响器设定点。
一个级联控制器的控制性能可以使用其它的过程变量加以改进。为此，可以为主控制变量添加
一个辅助过程变量PV2（主控制器SP2的输出）。主控制器可以将过程变量PV1施加给设定
点SP1，并且可以调整SP2，以便尽可能快地到达目标，而没有过调节。（如图5）
图 5
2.4 混合控制器
混合控制器是指根据每个被控组件所需要的设定点总数量，来计算总SP数量的一种控制结
构。在此，混合系数FAC的和必须为“1”。（如图6）
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图 6
2.5 比例控制器
2.5.1 单循环比例控制器
用 Step7 中 SFB41/FB 41，SFB42/FB42，
SFB43/FB43 实现 PID 控制
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May 2004
SLC A&D CS Page 1 of 49PID_FB41_FB42_FB43
目 录
1 概述 ...................................................................................................................... 3
1.1 应用 ............................................................................................................... 3
1.2 控制系统分析 ................................................................................................. 4
2 PID系统控制器的选择 ......................................................................................... 7
2.1 连续控制器、开关控制器 ............................................................................... 7
2.2 固定值控制器 ................................................................................................. 8
2.3 级联控制器 .................................................................................................... 8
2.4 混合控制器 .................................................................................................... 8
2.5 比例控制器 .................................................................................................... 9
2.5.1 单循环比例控制器 ................................................................................... 9
2.5.2 多循环比例控制器 ................................................................................... 9
2.6 二级控制器 .................................................................................................... 9
2.7 三级控制器 .................................................................................................. 10
3 布线 .................................................................................................................... 10
3.1 布线规则 ...................................................................................................... 10
3.1.1 连接电缆 ............................................................................................... 10
3.1.2 屏蔽端接元件 ........................................................................................ 10
3.1.3 警告 ....................................................................................................... 10
3.1.4 其它信息 ............................................................................................... 10
4 参数赋值工具介绍 .............................................................................................. 10
4.1 调试 PID参数的用户界面 ............................................................................ 11
4.2 获取在线帮助的途径 .................................................................................... 12
5 在用户程序中实现 .............................................................................................. 12
5.1 调用功能块 .................................................................................................. 12
5.2 背景数据块 .................................................................................................. 13
5.3 程序结构 ...................................................................................................... 13
6 功能块介绍 ......................................................................................................... 13
6.1 连续调节功能 SFB 41/FB 41 “CONT_C” .................................................... 13
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6.1.1 简介 ....................................................................................................... 13
6.1.2 应用程序 ............................................................................................... 14
6.1.3 说明 ....................................................................................................... 14
6.2 步进控制功能 SFB 42/FB 42“CONT_S” ..................................................... 26
6.2.1 简介 ....................................................................................................... 26
6.2.2 应用程序 ............................................................................................... 26
6.2.3 说明 ....................................................................................................... 27
6.3 脉冲宽度调制器 SFB 43/FB 43“PULSEGEN” ............................................ 36
6.3.1 简介 ....................................................................................................... 36
6.3.2 应用程序 ............................................................................................... 36
6.3.3 说明 ....................................................................................................... 36
7 功能块举例 ......................................................................................................... 49
1 概述
本文中所讨论的功能块（SFB41/FB41，SFB42/FB42，SFB43/FB43）仅仅是使用于S7和
C7的CPU中的循环中断程序中。该功能块，定期计算所需要的数据，保存在指定的DB中
（背景数据块）。允许多次调用该功能块。CONT_C块与PULSEGEN块组合使用，可以获
得一个带有比例执行机构脉冲输出的控制器（例如，加热和冷却装置）。
SFB41/FB41 (CONT_C)， 连续控制方式；
SFB42/FB42 (CONT_S)， 步进控制方式；
SFB43/FB43 (PULSEGEN)， 脉冲宽度调制器；
注意：SFB41/42/43，与FB41/42/43兼容，可以用于CPU 313C、CPU 313C-2 DP/PTP 和
CPU 314C-2 DP/PTP中。
1.1 应用
借助于由你组态大量模块组成的控制器，可以完成带有PID算法的实际控制器。控制效率，即
处理速度取决于你所使用的CPU性能。对于给定的CPU，必须在控制器的数量和控制器所需
要执行频率之间找到一个折衷方案。连接的控制电路越快，所安装的控制器数量越少，则每个
SLC A&D CS Page 3 of 49PID_FB41_FB42_FB43
时间单位计算的数值就越多。对于控制过程的类型没有限制。较慢（温度、填料位，等）以及
较快的控制系统（流量、速度，等）都可以控制。
1.2 控制系统分析
控制系统的静态性能（增益）和动态性能（滞后、空载时间、积分常数，等），都是设计系统
控制器及其静态参数（P操作）和动态参数（I、D操作）的主要因素。
因此，熟练掌握控制系统的类型和特性非常重要。（如图1，图2，图3，图4）
图 1
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图 2
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图 3
SLC A&D CS Page 6 of 49PID_FB41_FB42_FB43
图 4
2 PID 系统控制器的选择
控制系统的属性由技术过程和机器条件决定。因此，为了获得良好的控制效果，你必须选择最
适用的系统控制器。
2.1 连续控制器、开关控制器
连续控制器，输出一个线性（模拟）数值。
开关控制器，输出一个二进制（数字）数值。
SLC A&D CS Page 7 of 49PID_FB41_FB42_FB43
2.2 固定值控制器
固定值控制，使用设定固定数值进行的过程控制，只是偶尔修改一下参考变量，过程偏差的控
制。
2.3 级联控制器
级联控制器，控制器串行连接控制。第一个控制器（主控制器）决定了串行控制器（从控制
器）的设定点，或者根据过程变量的实际错误影响器设定点。
一个级联控制器的控制性能可以使用其它的过程变量加以改进。为此，可以为主控制变量添加
一个辅助过程变量PV2（主控制器SP2的输出）。主控制器可以将过程变量PV1施加给设定
点SP1，并且可以调整SP2，以便尽可能快地到达目标，而没有过调节。（如图5）
图 5
2.4 混合控制器
混合控制器是指根据每个被控组件所需要的设定点总数量，来计算总SP数量的一种控制结
构。在此，混合系数FAC的和必须为“1”。（如图6）
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图 6
2.5 比例控制器
2.5.1 单循环比例控制器
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