西门子模块6ES7221-3BD30-0XB0

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PID指令输出为零的5大原因
 
 放眼PID 调试中的常见问题，无论是FB58还是FB41，PID的输出值为零一直困扰许许多多的客户，今天我们评选出来导致输出为零的5大原因。
 

 图1

 TOP.5
 
 参数MAN_ON用于切换手动和自动状态，MAN_ON=1 PID处于手动状态，此时的输出LMN=MAN。大多数初次使用的客户有一个误区，FB引脚不写参数，参数就应该是0，其实不然，FB41缺省MAN_ON=1处于手动状态，而手动值MAN =0，参考图2，相当于直接手动给输出“0”，所以如果您忽略了这一点，LMN=0就不足为奇了。
 

图2
 
 易犯指数：9
 难度指数：6
 综合评定：7.5
 
 
 
 TOP.4
 
 参数P_SEL、 I_SEL 、D_SEL分别控制激活比例、积分、微分作用，初始状态FB41处于比例积分作用，见图3。但是如果其它地方对这几个参数作了复位操作，则相当于取消了PID的作用，比例分量LMN_P、  积分分量LMN_I、微分分量LMN_D将都是“0”，那么PID的输出LMN自然也为零。这种情况常出现在程序中其它地方的地址复用或是上位组态系统的误操作，千万要注意啊！
 
 

 
 图3
 易犯指数：8
 难度指数：8
 综合评定：8
 
 TOP.3
 
 参数LMN_HLM、 LMN_LLM是对PID输出的限幅，分别代表上限和下限，缺省情况限制在0.0-100.0，如图4。但是如果我们给FB41引脚LMN_HLM、 LMN_LLM赋实参，如图5，这个时候LMN_HLM、 LMN_LLM的实际值就由MD2和MD6决定了，但很多用户忘了给MD2 MD6赋值，上下限就都成了“0”，见图6。可想而知，这个时候不管您怎么设置参数，LMN必然为零。
 
 

 
 图4
  
 

 
 图5
 

 
 图6
 
 易犯指数：9
 难度指数：8
 综合评定：8.5
 
 TOP.2
 参数COM_RST=1执行完全复位操作，比例、微分分量的输出为零，积分分量恢复为积分初值（默认为0），我们常常在OB100中执行，见图7，只在CPU重新上电的时候对PID复位。但是要注意了，COM_RST置位后不会自己复位，如果我们不手动复位它，COM_RST会一直为1，PID始终处于复位状态，如图8，这样LMN当然输出“0”了。所以OB100中执行完FB41，一定注意要复位COM_RST,见图9。
 
 

 
 图7
 

 
 图8
 

 图9
 
 易犯指数：9
 难度指数：9
 综合评定：9
 
 
 **
 见图10，PID手动，手动输出值50.0，貌似没有任何问题，但是输出LMN确是“0”，见图11。我们再仔细检查程序，经常发现FB41执行了多次，可是使用的是同一个背景数据块DB41，见图12，这种情况就会使得不同的PID回路互相影响，LMN输出就很可能是一个随机的不可预测的数了，象图12中的情况输出LMN等于0。所以，如果使用多路PID，一定要给每个回路分配一个背景数据块，千万不要使用同一背景数据块，必须的！
 

 
 图10
 
 

 图11
 

 
 图12
 易犯指数：10
 难度指数：10
 综合评定：10
 
 以上举出了PID FB41输出为0的5个常见易犯的错误，但是客观上来说，所有的错误都是对参数含义不了解或是粗心造成的。经常会有客户问，FB41哪些参数是有用的，我想说，所有的参数都是有用的！因为只有您了解了参数的含义，才知道自己的系统到底用不用得到 

1高速计数器
S7-1200 CPU提供了较多6个（1214C）高速计数器,其独立于CPU的扫描周期进行计数。可测量的单相脉冲频率较高为100KHz，双相或A/B相较高为30KHz，除用来计数外还可用来进行频率测量，高速计数器可用于连接增量型旋转编码器，用户通过对硬件组态和调用相关指令块来使用此功能。

2高速计数器工作模式

高速计数器定义为5种工作模式

• 计数器，外部方向控制。
• 单相计数器，内部方向控制。
• 双相增/减计数器，双脉冲输入。
• A/B相正交脉冲输入。
• 监控PTO输出。

每种高速计数器有两种工作状态。

• 外部复位，无启动输入。
• 内部复位，无启动输入。

所有的计数器*启动条件设置，在硬件向导中设置完成后下载到CPU中即可启动高速计数器，在A/B相正交模式下可选择1X(1倍) 和4X（4倍）模式，高速计数功能所能支持的输入电压为24V DC,目前不支持5V DC的脉冲输入，表1列出了高速计数器的硬件输入定义和工作模式

描述			输入点定义			功能
HSC	HSC1	使用CPU集成I/O或信号板或监控PTO0	I0.0	I0.1	I0.3
			I4.0	I4.1
			PTO 0	PTO 0 方向
	HSC2	使用CPU集成I/O或监控PTO0	I0.2	I0.3	I0.1
			PTO 1	PTO 1 方向
	HSC3	使用CPU集成I/O	I0.4	I0.5	I0.7
	HSC4	使用CPU集成I/O	I0.6	I0.7	I0.5
	HSC5	使用CPU集成I/O或信号板	I1.0	I1.1	I1.2
			I4.0	I4.1
	HSC6	使用CPU集成I/O	I1.3	I1.4	I1.5
模式	单相计数，内部方向控制		时钟			计数或频率
					复位	计数
	单相计数，外部方向控制		时钟	方向		计数或频率
					复位	计数
	双相计数，两路时钟输入		增时钟	减时钟		计数或频率
					复位	计数
	A/B相正交计数		A相	B相		计数或频率
					Z相	计数
	监控PTO输出		时钟	方向		计数

表1 高速计数器硬件输入定义与工作模式

并非所有的CPU都可以使用6个高速计数器，如1211C只有6个集成输入点，所以较多只能支持4个（使用信号板的情况下）高速计数器。
由于不同计数器在不同的模式下，同一个物理点会有不同的定义，在使用多个计数器时需要注意不是所有计数器可以同时定义为任意工作模式。
高速计数器的输入使用与普通数字量输入相同的地址，当某个输入点已定义为高速计数器的输入点时，就不能再应用于其它功能，但在某个模式下，没有用到的输入点还可以用于其它功能的输入
监控PTO的模式只有HSC1和HSC2支持，使用此模式时，不需要外部接线，CPU在内部已作了硬件连接，可直接检测通过PTO功能所发脉冲。

3高速计数器寻址
CPU将每个高速计数器的测量值，存储在输入过程映像区内，数据类型为32位双整型有符号数，用户可以在设备组态中修改这些存储地址，在程序中可直接访问这些地址，但由于过程映像区受扫描周期影响，在一个扫描周期内，此数值不会发生变化，但高速计数器中的实际值有可能会在一个周期内变化，用户可通过读取外设地址的方式，读取到当前时刻的实际值。以ID1000为例，其外设地址为“ID1000：P”。表2 所示为高速计数器寻址列表

高速计数器号	数据类型	默认地址
HSC1	DINT	ID1000
HSC2	DINT	ID1004
HSC3	DINT	ID1008
HSC4	DINT	ID1012
HSC5	DINT	ID1016
HSC6	DINT	ID1020

表1 高速计数器寻址

 

4频率测量
S7-1200 CPU除了提供计数功能外，还提供了频率测量功能，有3种不同的频率测量周期：1.0秒，0.1秒和0.01秒，频率测量周期是这样定义的：计算并返回新的频率值的时间间隔。返回的频率值为上一个测量周期中所有测量值的平均，无论测量周期如何选择，测量出的频率值总是以Hz(每秒脉冲数)为单位。

 

5高速计数器指令块

高速计数器指令块，需要使用*背景数据块用于存储参数。图1所示为高速计数器指令块

图1高速计数器指令块

表3所示为高速计数器指令块参数说明

HSC  (HW_HSC)	高速计数器硬件识别号
DIR  (BOOL)	TRUE =使能新方向
CV  (BOOL)	TRUE = 使能新初始值
RV (BOOL)	TRUE = 使能新参考值
PERIODE  (BOOL)	TRUE = 使能新频率测量周期
NEW_DIR  (INT)	方向选择1=正向
	0=反向
NEW_CV  (DINT)	新初始值
NEW_RV  (DINT)	新参考值
NEW_PERIODE  (INT)	新频率测量周期

表1 高速计数器指令块参数

 

6应用举例
为了便于理解如何使用高速计数功能，通过一个例子来学习组态及应用。
假设在旋转机械上有单相增量编码器作为反馈，接入到S7-1200 CPU,要求在计数25个脉冲时，计数器复位，并重新开始计数，周而复始执行此功能。
针对此应用，选择CPU 1214C，高速计数器为：HSC1。模式为：单相计数，内部方向控制，无外部复位。据此，脉冲输入应接入I0.0，使用HSC1的预置值中断（CV=RV）功能实现此应用。

组态步骤：

• 先在设备与组态中，选择CPU，单击属性，激活高速计数器，并设置相关参数。此步骤必须实现执行，1200的高速计数器功能必须要先在硬件组态中激活，才能进行下面的步骤
• 添加硬件中断块，关联相对应的高速计数器所产生的预置值中断
• 在中断块中添加高速计数器指令块，编写修改预置值程序，设置复位计数器等参数
• 将程序下载，执行功能

1硬件组态
选中CPU如图2

图2选中CPU

图3所示为选择属性打开组态界面

图3 选择属性打开组态界面

激活高速计数功能如图4

图4 激活高速计数功能

计数类型，计数方向组态如图5所示

图5 计数类型，计数方向

1 此处计数类型分为3种，Axis of motion(运动轴)，Frequency（频率测量），Counting(计数)。这里选择Counting
2 模式分为4种：Single phase(单相), Two phase（双相）, AB Quadrature 1X（A/B相正交1倍速）, AB Quadrature 4X（A/B相正交4倍速）。这里择Single phase
3 输入源，这里使用的为CPU集成输入点。
4 计数方向选择，这里选用User program (internal direction control)（内部方向控制）
5初始计数方向。这里选择Count up（向上计数）
初始值及复位组态如图6

图6 初始值及复位组态

预置值中断组态如图7

图7 预置值中断组态

图8 添加硬件中断

组态添加的硬件中断，如图8

图8 组态添加的硬件中断

地址分配与硬件识别号如图9

图9 地址分配与硬件识别号

至此硬件组态部分已经完成，下面进行程序编写

2程序编写
将高速计数指令块添加到硬件中断中

图10 打开硬件中断块                             图11 添加高速计数器

 

图12 定义高速计数器背景数据块

西门子交换机
西门子X310交换机         6GK5310-0FA00-2AA3
西门子X310FE交换机       6GK5310-0BA00-2AA3
西门子X306-1LDFE交换机   6GK5306-1BF00-2AA3
西门子X304-2FE交换机     6GK5304-2BD00-2AA3
西门子X320-1FE交换机     6GK5320-1BD00-2AA3
西门子X307-3交换机        6GK5307-3BL00-2AA3
西门子X307-3LD交换机     6GK5307-3BM00-2AA3
西门子X308-2交换机        6GK5308-2FL00-2AA3
西门子X308-2LD交换机     6GK5308-2FM00-2AA3
西门子X308-2LH交换机     6GK5308-2FN00-2AA3
西门子X308-2M交换机      6GK5308-2GG00-2AA2
西门子X308-2MTS交换机    6GK5308-2GG00-2CA2
西门子X320-3LDFE交换机   6GK5320-3BF00-2AA3
西门子XR324-12M交换机    6GK5324-0GG00-1AR2
西门子XR324-12MTS交换机  6GK5324-0GG00-1CR2
西门子X308-2M交换机       6GK5308-2QG00-2AA2
西门子XR324-4M交换机     6GK5324-4QG00-1AR2
西门子X302-7EEC交换机    6GK5302-7GD00-1EA3
西门子XR324-12MEEC交换机 6GK5324-4GG00-1ER2
西门子X200-4PIRT交换机    6GK5200-4AH00-2BA3
西门子X201-3PIRT交换机    6GK5201-3BH00-2BA3
西门子X202-2IRT交换机     6GK5202-2BB00-2BA3
西门子X202-2PIRT交换机    6GK5202-2BH00-2BA3
西门子X202-2PIRTPRO交换机  6GK5202-2JR00-2BA6
西门子X204IRT交换机       6GK5204-0BA00-2BA3
西门子X204IRTPRO交换机   6GK5204-0JA00-2BA6
西门子X204-2交换机         6GK5204-2BB10-2AA3
西门子X204-2TS交换机      6GK5204-2BB10-2CA2
西门子X204-2FM交换机      6GK5204-2BB11-2AA3
西门子?X204-2LD交换机      6GK5204-2BC10-2AA3
西门子X204-2LDTS交换机    6GK5204-2BC10-2CA2
西门子X206-1交换机         6GK5206-1BB10-2AA3
西门子X206-1LD交换机      6GK5206-1BC10-2AA3
西门子X208交换机          6GK5208-0BA10-2AA3
西门子X208PRO交换机      6GK5208-0HA10-2AA6
西门子X212-2交换机         6GK5212-2BB00-2AA3
西门子X216交换机          6GK5216-0BA00-2AA3
西门子X224交换机          6GK5224-0BA00-2AA3
西门子XF204交换机         6GK5204-0BA00-2AF2
西门子XF204-2交换机       6GK5204-2BC00-2AF2
西门子XF206-1交换机       6GK5206-1BC00-2AF2
西门子XF208交换机         6GK5208-0BA00-2AF2
西门子XB205-3交换机       6GK5205-3BB00-2TB2
西门子XB205-3LD交换机    6GK5205-3BF00-2TB2
西门子XB208交换机         6GK5208-0BA00-2TB2
西门子XB213-3交换机       6GK5213-3BB00-2TB2
西门子XB213-3LD交换机     6GK5213-3BF00-2TB2
西门子XB216交换机         6GK5216-0BA00-2TB2
西门子X104-2交换机         6GK5104-2BB00-2AA3
西门子X106-1交换机         6GK5106-1BB00-2AA3
西门子X108交换机          6GK5108-0BA00-2AA3
西门子X108POE交换机      6GK5108-0PA00-2AA3

西门子S7-1200PLC包括:CPU,信号模块（SM）,信号板（SB），通信，人机界面，软件，附件。

S7-1200CPU

**整合，与众不同

描述

新的模块化 SIMATIC S7-1200 控制器是我们新推出产品的核心，可实现简单却高度精确的自动化任务。SIMATIC S7-1200 控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能强大、投资安全并且完全适合各种应用。

可扩展性强、灵活度高的设计，可实现标准工业通信的通信接口以及一整套强大的集成技术功能，使该控制器成为完整、全面的自动化解决方案的重要组成部分。

SIMATIC HMI 基础面板的性能经过优化，旨在与这个新控制器以及强大的集成工程组态**兼容，可确保实现简化开发、快速启动、精确监控和等级的可用性。正是这些产品之间的相互协同及其创新性的功能，帮助您将小型自动化系统的效率提升到一个**的水平。

优势

• **整合

SIMATIC HMI 基础面板的性能经过优化，旨在与这个新控制器以及强大的集成工程组态**兼容，可确保实现简化开发、快速启动、精确监控和等级的可用性。正是这些产品之间的相互协同及其创新性的功能，帮助您将小型自动化系统的效率提升到一个**的水平。

• 用于可扩展设计中紧凑自动化的模块化概念。

SIMATIC S7-1200 具有集成的 PROFINET 接口、强大的集成技术功能和可扩展性强、灵活度高的设计。它实现了通信简便，有效的技术任务解决方案，并完全满足一系列的独立自动化系统的 应用需求。

• 在工程组态中实现效率.

使用完全集成的新工程组态 SIMATIC STEP 7 Basic，并借助 SIMATIC WinCC Basic 对 SIMATIC S7-1200 进行编程。SIMATIC STEP 7 Basic 的设计理念是直观、易学和易用。这种设计理念可以使您在工程组态中实现效率。一些智能功能，例如直观编辑器、拖放功能和“IntelliSense”（智能感知）工具，能让您的工程进行的更加迅速。这款新软件的体系结构源于对未来创新的不断追求，西门子在软件开发领域已经有很多年的经验，因此 SIMATIC STEP 7 的设计是以未来为导向的。

设计和功能

SIMATIC S7-1200 CPU

SIMATIC S7-1200 系统有三种不同模块，分别为 CPU 1211C、CPU 1212C 和 CPU 1214C。其中的每一种模块都可以进行扩展，以完全满足您的系统需要。可在任何 CPU 的前方加入一个信号板，轻松扩展数字或模拟量 I/O，同时不影响控制器的实际大小。可将信号模块连接至 CPU 的右侧，进一步扩展数字量或模拟量 I/O 容量。CPU 1212C 可连接 2 个信号模块，CPU 1214C 可连接 8 个信号模块。，所有的 SIMATIC S7-1200 CPU 控制器的左侧均可连接多达 3 个通讯模块，便于实现端到端的串行通讯。

安装简单方便

所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都有内置的卡扣，可简单方便地安装在标准的 35 mm DIN 导轨上。这些内置的卡扣也可以卡入到已扩展的位置，当需要安装面板时，可提供安装孔。SIMATIC S7-1200 硬件可以安装在水平或竖直的位置，为您提供其它安装选项。这些集成的功能在安装过程中为用户提供了的灵活性，并使 SIMATIC S7-1200 为各种应用提供了实用的解决方案。.

节省空间的设计

所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都经过专门设计，以节省控制面板的空间。例如，经过测量，CPU 1214C 的宽度仅为 110 mm，CPU 1212C 和 CPU 1211C 的宽度仅为 90 mm。结合通信模块和信号模块的较小占用空间，在安装过程中，该模块化的紧凑系统节省了宝贵的空间，为您提供了效率和灵活性。

SIMATIC S7-1200

可扩展的紧凑自动化的模块化概念

SIMATIC S7-1200 具有集成的 PROFINET 接口、强大的集成技术功能和可扩展性强、灵活度高的设计。它实现了简便的通信、有效的技术任务解决方案，并能完全满足一系列的独立自动化需求。

亮点

可扩展性强、灵活度高的设计

信号模块：

的 CPU 多可连接八个信号模块，以便支持其它数字量和模拟量 I/O。

信号板：

可将一个信号板连接至所有的 CPU，让您通过在控制器上添加数字量或模拟量 I/O 来自定义 CPU，同时不影响其实际大小。SIMATIC S7-1200 提供的模块化概念可让您设计控制器系统，以完全满足您应用的需求。

内存

为用户程序和用户数据之间的浮动边界提供多达 50 KB 的集成工作内存。同时提供多达 2 MB 的集成加载内存和 2 KB 的集成记忆内存。可选的 SIMATIC 存储卡可轻松转移程序供多个 CPU 使用。该存储卡也可用于存储其它文件或更新控制器系统固件。

集成的 PROFINET 接口

集成的 PROFINET 接口用于进行编程以及 HMI 和 PLC-to-PLC 通信。另外，该接口支持使用开放以太网协议的第三方设备。该接口具有自动纠错功能的 RJ45 连接器，并提供 10/100 兆比特/秒的数据传输速率。它支持多达 16 个以太网连接以及以下协议：TCP/IP native、ISO on TCP 和 S7 通信。

SIMATIC S7-1200 集成技术

SIMATIC S7-1200 具有用于进行计算和测量、闭环回路控制和运动控制的集成技术，是一个功能非常强大的系统，可以实现多种类型的自动化任务。

用于速度、位置或占空比控制的高速输出

SIMATIC S7-1200 控制器集成了两个高速输出，可用作脉冲序列输出或调谐脉冲宽度的输出。当作为 PTO 进行组态时，以高达 100 千赫的速度 提供50% 的占空比脉冲序列，用于控制步进马达和伺服驱动器的开环回路速度和位置。使用其中两个高速计数器在内部提供对脉冲序列输出的反馈。当作为 PWM 输出进行组态时，将提供带有可变占空比的固定周期数输出，用于控制马达的速度、阀门的位置或发热组件的占空比。
PLCopen 运动功能块

SIMATIC S7-1200 支持控制步进马达和伺服驱动器的开环回路速度和位置。使用轴技术对象和国际认可的 PLCopen 运动功能块，在工程组态 SIMATIC STEP 7 Basic 中可轻松组态该功能。除了“home”和“jog”功能，也支持移动、相对移动和速度移动。

驱动调试控制面板

工程组态 SIMATIC STEP 7 Basic 中随附的驱动调试控制面板，简化了步进马达和伺服驱动器的启动和调试操作。

它提供了单个运动轴的自动控制和手动控制，以及在线诊断信息。

用于闭环回路控制的 PID 功能

SIMATIC S7-1200 多可支持 16 个 PID 控制回路，用于简单的过程控制应用。借助 PID 控制器技术对象和工程组态 SIMATIC STEP 7 Basic 中提供的支持编辑器，可轻松组态这些控制回路。另外，SIMATIC S7-1200 支持 PID 自动调整功能，可自动为节省时间、积分时间和微分时间计算调整值。

PID 调试控制面板

SIMATIC STEP 7 Basic 中随附的 PID 调试控制面板，简化了回路调整过程。它为单个控制回路提供了自动调整和手动控制功能，同时为调整过程提供了图形化的趋势视图。

西门子S7-1200CPU订货信号：

6ES7211-1BE40-0XB0	CPU 1211C   AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES7211-1AE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES7211-1HE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES7212-1BE40-0XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES7212-1AE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
6ES7212-1HE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES7214-1BG40-0XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES7214-1AG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI
6ES7214-1HG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES7215-1BG40-0XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7215-1AG40-0XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7215-1HG40-0XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7217-1AG40-0XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
A5E	SIEMCORE918 BASED ON: SIMATIC S7-1200, CPU 1212C, COMPACT CPU, DC/DC/DC, ONBOARD I/O: 8 DI 24V DC; 6 DO 24 V DC; 2 AI 0 - 10V DC, POWER SUPPLY: DC 20.4 - 28.8 V DC, PROGRAM/DATA MEMORY: 50 KB

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