步进PI控制器FB 42的结构

    1．位置式PID控制

    设被控对象为加热炉，反馈值为炉温。PID控制器的输出量mv(t)送给电动调节阀，调节阀内部有一个检测阀门开度（即阀芯位置）的元件，还有一个阀芯位置闭环控制系统（见图10-39），它是一个位置随动系统，用来使阀门实际的开度跟随PID控制器的输出值。这时PID控制器的输出量mv(t)是电动调节阀的阀芯位置的给定值，因此式(10-2)对应的PID控制器称为位置式PID。S7 - 300/400的FB 41实现的就是一种位置式PID控制。

    图10-39    位置式PID闭环控制系统

    2．有位置反馈信号的步进控制系统

    图10-40中的三级元件具有带滞环的双向继电器非线性特性，它的作用是将小闭环的误差信号转换为两个开关量信号，它们通过伺服电动机来控制调节阀的开度。图中的内环使阀门的开度正比于其输入值，即PI控制器的输出值。

    图10-40    有位置反馈信号的步进控制系统

    3．没有位置反馈信号的步进控制系统

   FB 42“CONT_S”（步进控制器）为了简化系统的物理结构，通过运算得到阀门开度信号，用它来代替实际的阀门位置反馈信号。图10-41中的参数MTR_TM是执行机构从一个限位位置移动到另一个限位位置所需的时间。

    图10-41    使用模拟的位置反馈信号的步进控制系统

   FB 42直接用它的开关量输出信号控制电动调节阀，可以省去图10-39中的闭环位置控制器和位置传感器。步进控制器的功能基于PI控制算法。

   QLMNUP为1时，电动调节阀的开度增大，同时图10-41上面的开关切换到标有“100.0”的位置，积分器对信号100. 0/MTR_TM积分，积分器对应的输出分量反映了阀门开度增大的情况。当QLMNDN为1时，积分器对信号-100. 0/MTR_TM积分，积分器的对应输出分量反映了阀门开度减小的情况。由上面的分析可知，积分器对图10-41中A点处的信号±100. 0/MTR_TM积分后的分量，可以用来模拟阀门开度（位置）的变化情况。

    三级元件的输入信号中有3个分量：

   1) ER*GAIN：为PI控制器中的比例分量。

   2)  ER*GAIN/TI经积分器积分后的信号：为PI控制器中的积分分量。

   3)A点的信号积分后，得到的模拟的阀门开度（位置）信号。

    比例分量与积分分量相加后，得到PI控制器的输出信号，它与模拟的阀门位置信号相减，便得到三级元件的输入信号，因此除了阀门位置信号不同以外，图10-41与图10-40的结构是相同的。

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