西門(mén)子PLC模塊控制器CPU1516-3 PN/DP       西門(mén)子PLC模塊控制器CPU1516-3 PN/DP

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受控系統(tǒng)：

通過(guò)加熱系統(tǒng)控制室溫是受控系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單示例。 傳感器測(cè)量室溫并將溫度值傳送給控制器。 控制器將當(dāng)前室溫與設(shè)定值進(jìn)行比較，并計(jì)算加熱控制的輸出值（調(diào)節(jié)變量）。

如果 PID 控制器的設(shè)置正確，則會(huì)盡快達(dá)到此設(shè)定值，然后使其保持為常數(shù)值。 輸出值更改后，過(guò)程值通常僅隨時(shí)間延遲而變化。 控制器必須針對(duì)此響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。

執(zhí)行器

執(zhí)行器是受控系統(tǒng)元件，受控制器影響。 其功能是修改質(zhì)量和能量流。

下表概述了執(zhí)行器的應(yīng)用。

執(zhí)行器分為以下幾種：

• 帶有恒定起動(dòng)信號(hào)的比例執(zhí)行器

  這些元件用于設(shè)置開(kāi)啟角度、角位置，或與輸出值成比例的位置。 輸出值在控制范圍內(nèi)會(huì)對(duì)過(guò)程產(chǎn)生模擬量作用。

  此組中的執(zhí)行器包括彈簧支撐的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，以及構(gòu)成位置控制系統(tǒng)的帶位置反饋的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。

  連續(xù)控制器（如 PID_Compact）會(huì)生成輸出值。

• 帶脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的比例執(zhí)行器

  這些執(zhí)行器用于在采樣時(shí)間間隔內(nèi)生成長(zhǎng)度與輸出值成比例的脈沖輸出。 執(zhí)行器（如加熱電阻或制冷裝置）在等時(shí)模式下接通，持續(xù)時(shí)間根據(jù)輸出值的不同而有所不同。

  系統(tǒng)性能：高水平的系統(tǒng)性能和快速信號(hào)處理能夠地縮短響應(yīng)時(shí)間，加強(qiáng)控制能力。為達(dá)到這一目的，S7-1500西門(mén)子plc設(shè)計(jì)有高速背板總線(xiàn)，具有高波特率和高效的傳輸協(xié)議。點(diǎn)到點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間不到500微秒，位指令的運(yùn)算時(shí)達(dá)10納秒之內(nèi)（因CPU而異）。CPU1511和CPU1513 控制器設(shè)置有兩個(gè)Profinet端口，CPU 1516控制器設(shè)置有三個(gè)端口：其中兩個(gè)與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊，第三個(gè)用于整合至企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。Profinet IO IRT可以保證確定的反應(yīng)時(shí)間和高精度的系統(tǒng)響應(yīng)。此外，集成Web服務(wù)器支持非本地系統(tǒng)和過(guò)程數(shù)據(jù)查詢(xún)，以實(shí)現(xiàn)診斷的目的。

  　　工藝：在現(xiàn)場(chǎng)工藝方面，SIMATIC S7-1500西門(mén)子plc標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)動(dòng)控制功能使其與眾不同。這使得模擬量和Profidrive 兼容驅(qū)動(dòng)不需要其它模塊就可以實(shí)現(xiàn)直接連接，支持速度和定位軸，以及編碼器。按照PLCopen進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的塊簡(jiǎn)化了Profidrive 兼容驅(qū)動(dòng)的連接。為使驅(qū)動(dòng)和控制器實(shí)現(xiàn)高效快速調(diào)試，用戶(hù)可以執(zhí)行Trace功能，對(duì)程序和動(dòng)作應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，從而優(yōu)化驅(qū)動(dòng)。另一個(gè)集成工藝功能是 PID控制，可用方便配置的塊確?？刂瀑|(zhì)量?？刂茀?shù)可以自整定。

  　　工業(yè)信息安全：SIMATIC S7-1500西門(mén)子plc工業(yè)信息安全集成的概念從塊保護(hù)延伸至通訊完整性，幫助用戶(hù)確保應(yīng)用安全。集成的專(zhuān)有知識(shí)保護(hù)功能，如防止機(jī)器拷貝，能夠幫助防止未授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn)和修改。SIMATIC存儲(chǔ)卡用于防拷貝保護(hù)，將單個(gè)塊關(guān)綁定至原存儲(chǔ)卡的序列號(hào)，從而確保程序僅能通過(guò)配置過(guò)的存儲(chǔ)卡運(yùn)行，而不能被復(fù)制。訪(fǎng)問(wèn)保護(hù)功能防止對(duì)應(yīng)用進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的配置修改，可以通過(guò)給不同的用戶(hù)組分配不同的授權(quán)級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。專(zhuān)有的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制可識(shí)別修改過(guò)的工程數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)例如保護(hù)通過(guò)未授權(quán)操作傳輸?shù)娇刂破鞯臄?shù)據(jù)等功能。

  　　故障安全：SIMATIC S7-1500西門(mén)子plc集成了故障安全功能。為實(shí)現(xiàn)故障安全自動(dòng)化，用戶(hù)配置了F型 （故障安全型）的控制器，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和故障安全程序使用同樣的工程設(shè)計(jì)和操作理念。用戶(hù)在定義、修改安全參數(shù)的時(shí)候可以借助安全管理編輯器。例如，當(dāng)使用到故障安全型驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供服務(wù)的時(shí)候，用戶(hù)可以得到圖形化支持。新控制器在功能安全性方面通過(guò)了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3級(jí)安全應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，以及ISO 13849中PL e級(jí)安全應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

  　　設(shè)計(jì)處理：SIMATIC S7-1500西門(mén)子plc的設(shè)計(jì)和處理以方便操作為前提，限度地實(shí)現(xiàn)用戶(hù)友好性（對(duì)許多細(xì)節(jié)都進(jìn)行了創(chuàng)新，例如，SIMATIC控制器次安裝了顯示裝置），并能顯示普通文本信息，從而實(shí)現(xiàn)全工廠(chǎng)透明化。標(biāo)準(zhǔn)化的前連接器節(jié)省了用戶(hù)接線(xiàn)時(shí)間，簡(jiǎn)化了配件存儲(chǔ)。集成短接片使電位組的橋接更加簡(jiǎn)單靈活。輔助配件，如自動(dòng)斷路器或繼電器迅速便捷地安裝到集成DIN導(dǎo)軌?？蓴U(kuò)展的電纜存儲(chǔ)空間能夠方便地關(guān)閉前蓋板，即便使用帶有絕緣的電纜，也可以通過(guò)兩個(gè)預(yù)定義的閉鎖位輕松關(guān)閉前蓋板。預(yù)接線(xiàn)位置的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了初始接線(xiàn)過(guò)程以及端子的重新連接的復(fù)雜性。集成屏蔽保證了模擬信號(hào)能夠屏蔽良好，從而獲得良好的信號(hào)接收質(zhì)量，以及抗外部電磁干擾的魯棒性。該款產(chǎn)品的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展性：SIMATIC S7-1500 CPU可以擴(kuò)展至每個(gè)底板32個(gè)模塊，用戶(hù)可以根據(jù)自動(dòng)化任務(wù)需要選擇模塊。

  起動(dòng)信號(hào)可呈現(xiàn)單極“打開(kāi)”或“關(guān)閉”狀態(tài)，或表示雙極狀態(tài)，如“打開(kāi)/關(guān)閉”、“向前/向后”、“加速/制動(dòng)”。

  輸出值由兩位控制器（如具有脈寬調(diào)制的 PID_Compact）生成。

• 具有積分作用和三位起動(dòng)信號(hào)的執(zhí)行器

  執(zhí)行器經(jīng)常由電機(jī)操作，操作周期與阻塞元件的執(zhí)行器進(jìn)給成比例。 包括閥門(mén)、遮板和閘門(mén)閥等元件。 盡管所有這些執(zhí)行器的設(shè)計(jì)有所不同，但它們都受到受控系統(tǒng)輸入端的積分作用的影響。

  步進(jìn)控制器（如 PID_3Step）會(huì)生成輸出值。

無(wú)反饋兩位控制器

兩位控制器將狀態(tài)“ON”和“OFF”作為切換函數(shù)。 這與 100% 或 0% 輸出相對(duì)應(yīng)。 該特性會(huì)使過(guò)程值 x 在設(shè)定值 w 周?chē)掷m(xù)振蕩。

振幅和波動(dòng)持續(xù)時(shí)間隨受控系統(tǒng)的延遲時(shí)間 Tu 與恢復(fù)時(shí)間 Tg 之間的比例而增加。 這些控制器主要用于簡(jiǎn)單的溫度控制系統(tǒng)（例如直接用電加熱的爐子），或用作限值報(bào)警設(shè)備。

下圖顯示了兩位控制器的特性

下圖顯示了兩位控制器的控制函數(shù)

有反饋兩位控制器

在受控系統(tǒng)具有較長(zhǎng)延遲時(shí)間的情況下（例如功能空間與加熱空間分離的爐），可通過(guò)使用電力反饋改善兩位控制器的特性。

反饋用于增加控制器的開(kāi)關(guān)頻率，但這會(huì)減小過(guò)程值的振幅。 此外，在動(dòng)態(tài)操作中可充分改進(jìn)控制作用結(jié)果。 切換頻率限制由輸出級(jí)別決定。 在機(jī)械起動(dòng)器（例如繼電器和觸點(diǎn)）上，每分鐘不得超過(guò) 1 到 5 次切換。 如果是下游可控硅或三端雙向可控硅控制器的電壓和電流輸出，則可選擇超過(guò)受控系統(tǒng)目前限制頻率的高切換頻率。

因?yàn)榍袚Q脈沖無(wú)法再通過(guò)受控系統(tǒng)的輸出來(lái)確定，所以會(huì)得到與連續(xù)控制器結(jié)果類(lèi)似的結(jié)果。

通過(guò)對(duì)連續(xù)控制器的輸出值進(jìn)行脈寬調(diào)制來(lái)生成輸出值。

反饋兩位控制器可用于爐子的溫度控制，用于塑料、紡織品、紙張、橡膠和食品中使用的加工機(jī)，以及用于加熱和冷卻設(shè)備。

三位控制器

三位控制器用于加熱/冷卻。 這些控制器使用兩個(gè)切換點(diǎn)作為輸出。 控制作用結(jié)果可通過(guò)電子反饋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 此類(lèi)控制器的應(yīng)用領(lǐng)域包括供暖、低溫試驗(yàn)箱、氣候試驗(yàn)箱和塑料加工機(jī)的工具加熱設(shè)備。

下圖顯示了三位控制器的特性