在 S7-1517 的锂电涂布机程序中，如何为涂布速度实现闭环控制（即根据实际速度反馈动态调整输出，保证速度稳定），这是涂布工艺中保证涂层均匀性的核心环节。
一、闭环控制原理与实现思路
涂布速度闭环控制的核心是PID 调节 + 编码器速度反馈：
反馈采集：通过涂布辊 / 牵引辊上的增量编码器，实时采集实际转速（换算为实际涂布速度）；
偏差计算：对比设定速度与实际速度的偏差；
PID 调节：通过 PID 算法计算出需要调整的输出量（伺服驱动器的速度给定值）；
输出执行：将 PID 调节后的速度值下发给伺服驱动器，动态修正速度偏差。
以下是基于 S7-1517 PLC 的完整闭环控制程序实现，集成到之前的轴控功能块中。
二、涂布速度闭环控制核心代码
1. 新增 PID 功能块与变量定义（修改 FB200）
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FUNCTION_BLOCK FB200 VAR_INPUT Auto_Mode: BOOL; Coating_Speed_Set: REAL; // 涂布速度设定值 (m/min) Manual_Jog: BOOL; Encoder_Pulse: INT; // 编码器脉冲输入（高速计数器） END_VAR VAR_OUTPUT Axis_Enable: ARRAY[1..4] OF BOOL; Coating_Speed_Actual: REAL; // 涂布速度实际值 (m/min) PID_Output: REAL; // PID调节后的速度给定 END_VAR VAR // 轴参数 Axis_Speed: ARRAY[1..4] OF REAL; Speed_Ratio: ARRAY[1..4] OF REAL := [0.98, 1.0, 1.02, 0.99]; // 闭环控制核心变量 Encoder_PPR: INT := 1024; // 编码器线数（脉冲/转） Roller_Diameter: REAL := 0.2; // 涂布辊直径 (m) Sample_Time: REAL := 0.1; // 采样周期 (s) Pulse_Count: DINT := 0; // 脉冲累计值 // PID功能块（西门子标准PID_Compact） FB_PID: PID_Compact; PID_Param: PID_Compact_PARAMETERS; // PID参数结构体 END_VAR // ---------------------- 第一步：速度反馈计算 ---------------------- // 高速计数器采集编码器脉冲（100ms采样一次，计算实际转速） #Pulse_Count := HSC_COUNT(1); // 读取高速计数器1的当前值 #Coating_Speed_Actual := (#Pulse_Count / #Encoder_PPR) * (#Roller_Diameter * PI) / #Sample_Time * 60; // 重置脉冲计数（用于下一次采样） HSC_RESET(1); // ---------------------- 第二步：PID参数初始化 ---------------------- IF NOT #Auto_Mode THEN // 初始化PID参数（仅在手动模式执行一次） #PID_Param.Mode := PID_MODE_AUTOMATIC; // 自动模式 #PID_Param.Cycle := #Sample_Time; // 采样周期 #PID_Param.Kp := 2.0; // 比例系数（需现场整定） #PID_Param.Ti := 1.0; // 积分时间 #PID_Param.Td := 0.1; // 微分时间 #PID_Param.ManualValue := 0.0; // 手动输出值 #PID_Param.Setpoint := 0.0; // 设定值初始化 #PID_Param.ProcessVariable := 0.0; // 过程值初始化 #PID_Param.OutputMin := 0.0; // 输出下限（0 m/min） #PID_Param.OutputMax := 50.0; // 输出上限（50 m/min） // 调用PID初始化 #FB_PID(PARAMETERS := #PID_Param); END_IF; // ---------------------- 第三步：PID闭环调节 ---------------------- IF #Auto_Mode THEN // 1. 设置PID设定值和过程值 #FB_PID.PARAMETERS.Setpoint := #Coating_Speed_Set; #FB_PID.PARAMETERS.ProcessVariable := #Coating_Speed_Actual; // 2. 执行PID计算 #FB_PID( EN := TRUE, CYCLE := #Sample_Time, PARAMETERS := #PID_Param, OUT => #PID_Output ); // 3. 基于PID输出的多轴同步速度计算 FOR i := 1 TO 4 DO #Axis_Speed[i] := #PID_Output * #Speed_Ratio[i]; #Axis_Enable[i] := TRUE; // 发送调节后的速度值给伺服驱动器（MC_MOVEVELOCITY指令） MC_MOVEVELOCITY( Axis := Axis_Coating, // 涂布轴工艺对象 Enable := TRUE, Velocity := #Axis_Speed[2], // 涂布轴速度（PID调节后） Direction := POSITIVE, Execute := TRUE, Done => , Busy => , Error => , ErrorID => ); END_FOR; ELSE // 手动模式：直接使用点动速度，无闭环 #Axis_Enable[1] := FALSE; #Axis_Enable[2] := #Manual_Jog; #Axis_Enable[3] := FALSE; #Axis_Enable[4] := FALSE; MC_MOVEVELOCITY( Axis := Axis_Coating, Enable := #Manual_Jog, Velocity := 5.0, // 手动点动速度（固定值） Direction := POSITIVE, Execute := TRUE, Done => , Busy => , Error => , ErrorID => ); END_IF;
2. 高速计数器配置（OB100 初始化块）
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// OB100：PLC启动时初始化高速计数器 // 配置高速计数器1为脉冲计数模式（编码器A/B相） HSC_ConFIG( HSC := 1, Mode := HSC_MODE_COUNT, Direction := HSC_DIR_UP, Preset := 0, Enable := TRUE );
3. 闭环控制参数整定说明
| 参数 | 作用 | 推荐初始值 | 调整原则 |
|---|---|---|---|
| Kp（比例） | 快速响应偏差 | 1.5-2.5 | 过小响应慢，过大易震荡 |
| Ti（积分） | 消除静态偏差 | 0.5-1.5s | 过小积分过强，过大静态偏差无法消除 |
| Td（微分） | 抑制超调 | 0.05-0.2s | 过小抑制效果差，过大易受干扰 |
| 采样周期 | 速度采集间隔 | 100ms | 过短数据噪声大，过长控制滞后 |
三、关键实现细节解释
速度反馈计算逻辑：实际速度 = (采样周期内脉冲数 / 编码器线数) × (辊周长) / 采样时间 × 60辊周长 = π × 辊直径，最终换算为 m/min 单位，保证与设定值单位一致。
PID_Compact 功能块：这是西门子 TIA Portal 内置的标准 PID 功能块，无需手动编写 PID 算法，只需配置参数即可实现闭环，适合工业现场快速应用。
抗干扰处理：实际项目中需对编码器反馈值做数字滤波（如滑动平均），避免脉冲抖动导致速度波动：
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// 简单滑动平均滤波（取5次采样值平均） Static Speed_Buffer: ARRAY[1..5] OF REAL; Static Buffer_Index: INT := 1; #Speed_Buffer[#Buffer_Index] := #Coating_Speed_Actual; #Buffer_Index := #Buffer_Index + 1; IF #Buffer_Index > 5 THEN #Buffer_Index := 1; END_IF; #Coating_Speed_Actual := (#Speed_Buffer[1]+#Speed_Buffer[2]+#Speed_Buffer[3]+#Speed_Buffer[4]+#Speed_Buffer[5])/5;
总结
涂布速度闭环控制的核心是编码器反馈采集 + PID_Compact 调节 + 伺服速度修正，通过实时对比设定值与实际值，动态调整伺服给定；
关键参数（Kp/Ti/Td）需根据现场设备特性整定，采样周期建议设为 100ms，同时增加滤波处理减少反馈噪声；
程序中需通过高速计数器采集编码器脉冲，结合辊径、编码器线数换算实际速度，保证单位与设定值统一。
