1 产品总览
1.5 FM 355 软件
1.5 FM 355 软件
FM 355 的软件包
为了将 FM 355 集成到 S7-300 中，您需要一个软件包，其中包含：
● 参数组态界面
● CPU 软件（功能块）
参数组态界面
可以通过参数调整 FM 355 来配合手头上的任务。这些参数存储在系统数据中，并在 CPU 处 于 STOP 状态时从编程设备/PC 传输到 CPU 和 FM 355。此外，CPU 将在每次从 STOP 跳转 到 RUN 时将这些参数传输到模块。
您可以通过参数组态界面指定参数。参数组态界面安装在编程设备/PC 上，并在 STEP 7 中进 行调用。
在线帮助
在集成的在线帮助中提供了有关参数组态的更多信息。
S7-300 CPU 软件（功能块）
CPU 软件包含以下功能块：
● PID_FM，用于在运行期间修改参数和工作模式（例如，设定值、手动转换为自动），以及 读出过程状态（例如，实际值）。
● FORCE355，用于在开机调试期间强制模拟和数字输入（强制即指定模拟值）。
● READ_355，用于在开机调试期间读出模拟和数字输入值。
● CH_DIAG，用于在开机调试期间读出通道特有的诊断值。
● FUZ_355，用于读出自调谐温度控制器（模糊控制器）的参数，以将这些参数载入 FM 355
（例如，在没有控制器的更新参数标识的情况下替换模块）。
● PID_PAR，用于在运行期间改变更多参数的特殊应用情况。
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产品总览 1.5 FM 355 软件
下图显示了 S7-300 组态，其中包括一个 FM 355 和多个信号模块。
图片 1-2 具有 FM 355 的 SIMATIC S7-300 组态
① STEP 7 的编程设备 (PG) 和参数组态屏蔽
② FM 355
③ 包含应用程序和 FM 355 FB 的 CPU
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产品总览
1.5 FM 355 软件
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有关控制器调整的信息 2
2.1 受控系统的特性值
根据阶跃响应确定时间响应
受控系统的时间响应可由操纵变量 x 在操纵变量 y 从 0% 突然变为 100% 后的时间顺序确定。
\
W
; PD[
< K . V
< K
ෙ [
7 X
. V
ෙ W
W
; PD[
[
; K
7 J
图片 2-1 受控系统的阶跃响应
① 100% 打开
② 0% 关闭
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有关控制器调整的信息 2.1 受控系统的特性值
大多数受控系统都是所谓具有自我调节功能的受控系统（请参见上图）。
时间响应可由使用变量延迟时间 Tu、恢复时间 Tg 和最大值 Xmax 来大致确定。这些变量可通过 最大值的切点和阶跃响应的转折点来确定。在许多情况下，都不能将过渡函数记录为最大值，
因为受控变量不能超过特定值。因此，会在受控系统中使用上升率 vmax。 根据比率
Tu / Tg 或 Tu x vmax / Xmax，
可以估计受控系统的适控性。具体情况如下：
Tu / Tg 受控系统的适控性
< 0.1 可以很好地控制
0.1 到 0.3 仍可控制
> 0.3 难以控制
可以根据以下值来判断受控系统：
Tu < 0.5 min、Tg < 5 min = 快速受控系统 Tu > 0.5 min、Tg > 5 min = 慢速受控系统
重要温度受控系统的特性值
受控变量 受控系统类型 延迟时间 Tu 恢复时间 Tg 上升率 vmax
小型电热炉 0.5 到 1 min 5 到 15 min 一直到 60 K/min 大型电热退火炉 1 到 5 min 10 到 20 min 一直到 20 K/min 大型燃气加热退火炉 0.2 到 5 min 3 到 60 min 1 到 30 K/min 灭菌器 0.5 到 0.7 min 10 到 20 min
高压灭菌器 12 到 15 min 200 到 300 min
注塑机 0.5 到 3 min 3 到 30 min 5 到 20 K/min
挤压机 1 到 6 min 5 到 60 min
温度
包装机 0.5 到 4 min 3 到 40 min 2 到 35 K/min
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有关控制器调整的信息 2.2 控制器类型（两步、三步控制器）
2.2 控制器类型（两步、三步控制器）
无反馈两步控制器
两步控制器将状态“ON”和“OFF”作为切换函数。这与 100% 或 0% 输出相对应。通过此 行为，操纵变量 x 持续围绕设定值 w 上下浮动。
振幅和振动持续时间随受控系统的延迟时间 Tu 与恢复时间 Tg 之间比例而增加。这些控制器主 要用于简单的温度控制系统（例如直接用电加热的炉子），或用作限值报警设备。
[
\
Z
<K
图片 2-2 两步控制器的特性曲线
① ON
② OFF Yh 位置范围 w 参考值
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有关控制器调整的信息
2.2 控制器类型（两步、三步控制器）
\
W [
7 X Z
7 J
; 6G
W
图片 2-3 无反馈两步控制器的控制功能
① 过渡函数（无控制器）
Tu 延迟时间 Tg 恢复时间 XSd 切换差异
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有关控制器调整的信息 2.2 控制器类型（两步、三步控制器）
反馈两步控制器
可通过电子反馈来改善两步控制器在延迟时间较长的受控系统（例如，利用室与加热系统分开 的炉子）上的行为。
反馈用于提高控制器的切换频率，从而降低受控变量的振幅。此外，在动态操作中可充分改进 控制作用结果。切换频率限制由输出级别决定。在机械起动器（例如继电器和触点）上，每分 钟不得超过 1 到 5 次切换。如果是下游可控硅或三端双向可控硅控制器的电压和电流输出，则 可选择超过受控系统目前限制频率的高切换频率。
因为切换脉冲无法再通过受控系统的输出来确定，所以会得到与连续控制器结果类似的结果。
在连续控制器中，输出信号的振幅表示操纵变量；与之相反，在反馈两步控制器中，输出变量 通过脉冲宽度调制而形成。
反馈两步控制器可用于炉子的温度控制，用于塑料、纺织品、纸张、橡胶和食品中使用的加工 机，以及用于加热和冷却设备。
三步控制器
三步控制器用于加热/冷却。这些控制器使用 2 个切换点作为输出。控制作用结果可通过电子反 馈结构进行优化。此类控制器的应用领域包括供暖、低温试验箱、气候试验箱和塑料加工机的 工具加热设备。
[
\
\ \
Z
[ 6K
\
\
图片 2-4 三步控制器的特性曲线
y 操纵变量，例如 y11 = 100% 加热 y12 = 0% 加热 y21 = 0% 冷却 y22 = 100% 冷却
x 受控变量，例如温度（以 °C 为单位）
w 设定值
xSh 切换点 1 与切换点 2 之间的距离
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有关控制器调整的信息
2.3 不同反馈结构中的控制响应
2.3 不同反馈结构中的控制响应
控制器的控制特性
为实现控制系统的高精确度和最优的干扰校正，控制器需要匹配受控系统的时间响应。
反馈结构正是用于此目的。根据反馈电路结构，这可能包括比例作用 (P)、比例微分作用 (PD)、
比例积分作用 (PI) 和比例积分微分作用 (PID)。如果存在控制器输入的跳转函数，则当控制器 的延迟时间极短且控制器响应非常快时，会产生跳转响应。
P 作用控制器
[
W
\V
W
\
W
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图片 2-5 P 作用控制器的跳转响应 P 作用控制器的等式
输出变量与输入变量成正比，即：
输出变量变化 = 比例作用增益 x 输入变量变化，即 y = GAIN x xw
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有关控制器调整的信息 2.3 不同反馈结构中的控制响应
PD 作用控制器
[
W
70B/$*
W
\
\
W
ࠊ఼䕧ܹЁⱘ䰊䎗ࡳ㛑
䖲㓁ࠊ఼ⱘ䰊䎗ડᑨ
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图片 2-6 PD 作用控制器的跳转响应
D 作用控制元件不适合执行控制，因为在输入变量恢复静态值后，它们不再发出起动命令。
微分组件与 P 作用控制元件结合使用，可根据受控变量的变化速度生成对应的控制脉冲。
如果干扰 x 在受控系统上生效，则 PD 作用控制器会根据校正的变化程度设置不同的系统偏差。
但无法完全校正干扰。好的动态响应是有好处的。可在启动参考输入变量过程中实现有效衰 减、非振动转换。然而，如果受控系统具有大量测量脉冲（例如，在压力或流量控制系统中），
则具有 D 作用的控制器不适用。
PD 作用控制器的等式
以下等式适用于在一定时间范围内 PD 作用控制器的跳转响应：
\ *$,1[Z 7'
70B/$* H ದW 70B/$*
t = 自输入大小的步进后的时间间隔
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有关控制器调整的信息
2.3 不同反馈结构中的控制响应
PI 作用控制器
[
W
W
\
W
\
ࠊ఼䕧ܹЁⱘ䰊䎗ࡳ㛑
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㛝ކࠊ఼ⱘ䰊䎗ડᑨ 䕧ܹব䞣
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图片 2-7 PI 作用控制器的跳转响应
I 作用控制元件将输入变量的积分作为输出变量，即，控制器会累计在持续时间内与设定值的 偏差。这意味着控制器会继续调整，直到与设定值无偏差。
根据对控制响应的要求，在实际操作中最好将多种计时元件组合使用。单个元件的时间响应可通 过控制器参数比例带 GAIN、积分时间 TI（I 作用）和微分作用时间 TD（D 作用）来进行说明。
PI 作用控制器的等式
以下等式适用于在一定时间范围内 PI 作用控制器的跳转响应：
\ *$,1[Z 7, W
t = 自输入大小的步进后的时间间隔
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有关控制器调整的信息 2.3 不同反馈结构中的控制响应
PID 作用控制器
70B/$*
[
W
W
\
\
W 0Q
ࠊ఼䕧ܹЁⱘ䰊䎗ࡳ㛑
䖲㓁ࠊ఼ⱘ䰊䎗ડᑨ
㛝ކࠊ఼ⱘ䰊䎗ડᑨ 䕧ܹব䞣
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图片 2-8 PID 作用控制器的跳转响应
过程工程中的大多数控制器系统都可以通过具有 PI 作用响应的控制器进行控制。如果是具有 较长延迟时间的缓慢受控系统（例如温度控制系统），则可通过具有 PID 作用的控制器来改 进控制作用效果。
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有关控制器调整的信息
2.3 不同反馈结构中的控制响应
W [
Z
3,'
3'
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图片 2-9 各种控制响应中的跳转响应
具有 PI 和 PID 作用的控制器的优势在于受控变量在确定后与设定值之间无偏差。启动时，受 控变量围绕设定值上下浮动。
PID 作用控制器的等式
以下等式适用于在一定时间范围内 PID 控制器的阶跃响应：
\ *$,1[Z 7'
70B/$* H ದW 70B/$*
7, W
t = 自输入大小的步进后的时间间隔
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有关控制器调整的信息 2.4 选择具有给定控制部分的控制器结构
2.4 选择具有给定控制部分的控制器结构
对适用的控制器结构的选择
在闭环的控制元件之中，受控系统具有特殊的位置。它们的属性由过程特定的应用决定，并且 之后不能更改。因此仅可通过选择适用的控制器（其响应可以调整为适应一定限制内的系统数 据）来实现最佳的控制作用结果。
受控系统 控制器结构
P PD PI PID
纯死时间 不可用 不可用 控制 + 故障 不可用
死时间 + 一阶延迟时间 不可用 不可用 略差于 PID 控制 + 故障
死时间 + 二阶延迟时间 不适用 差 比 PID 差 控制 + 故障
阶 + 非常短的死时间
（延迟时间）
控制 延迟时间时的控制 故障 延迟时间时的
故障
高阶 不适用 不适用 略差于 PID 控制 + 故障
非自调节 控制（无延迟） 控制（有延迟） 控制（无延迟） 控制（有延迟）
表格 2-1 适用于最重要控制变量的控制器
控制器 P PD PI PID
受控变量 稳定状态控制偏差 无稳定状态控制偏差
温度 对于较低要求以及
具有 P 区域 (Tu/Tg < 0.1)
非常适用 最适用于高质量要求的控制器类型
（除了经过特殊调整的特殊控制器）
压力 适用，如果不考虑
延迟时间
不适用 最适用于高质量要求的控制器类型
不适用 最适用于高质量要求的控制器类型