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西門子S7-300/400 四大常用閉環(huán)控制模塊簡介

1、FM 355 閉環(huán)控制模塊
FM 355 有4個閉環(huán)控制通道,用于壓力、流量、液位等控制,有優(yōu)化溫度控制算法和PID算法。FM 355C 是有4個模擬量輸出斷的連續(xù)控制器,F(xiàn)M 355 S 是有8個數(shù)字量輸出點的步進(jìn)或脈沖控制器。CPU停機或出現(xiàn)故障后FM 355 人能繼續(xù)運行,控制程序存儲在模塊中。
FM 355 的4個模擬量輸入端用于采集模擬量數(shù)值和前饋控制值,附加的一個模擬量輸入端用于熱電偶的溫度補償??梢允褂貌煌膫鞲衅鳎鐭犭娕?、Pt100熱電阻、電壓傳感器和電流傳感器。FM 355 有4個單獨的閉環(huán)控制通道,可以實現(xiàn)定制控制、串級控制、比例控制和3分量控制,幾個控制器可以集成到一個系統(tǒng)中使用。有自動、手動、安全、跟隨、后背這幾種操作方式。12為分辨率時的采樣時間為20~100ms,14位分辨率時為100~500ms。
自優(yōu)化溫度控制算法存儲在米快中,當(dāng)設(shè)定點變化大于12%時自動啟動自由化;可以使用組態(tài)軟件包對PID控制算法進(jìn)行優(yōu)化。
CPU有故障或CPU停止運行是控制器可以獨立地繼續(xù)控制。為此在:“后備方式”功能中設(shè)置了可調(diào)的安全設(shè)定點或安全調(diào)節(jié)變量??梢宰x取和修改模糊溫度控制器的所有參數(shù),或在線修改其他參數(shù)。
2、FM 355-2 閉環(huán)控制模塊
FM 355-2 是適用于溫度閉環(huán)控制的4通道閉環(huán)控制模塊,可以方便實現(xiàn)在線自動化溫度控制,包括加熱、冷卻控制,以及加熱、冷卻的組合控制。FM 355-2C 是有4個模擬量輸出端的連續(xù)控制器,F(xiàn)M 355-2S 是有8個數(shù)字量輸出端的步進(jìn)或脈沖控制器。CPU停機或出現(xiàn)故障后FM 355-2 仍能繼續(xù)運行。
3、FM 455 閉環(huán)控制模塊
12位分辨率使得采樣時間為20~180ms,14位時100~1700ms(與實際使用的模擬量輸入的數(shù)量有關(guān)),有16點數(shù)字量輸入。
4、FM 458-1DP 應(yīng)用模塊
FM 458-1DP是為自由姿態(tài)閉環(huán)控制設(shè)計的,又包含300個功能塊的庫函數(shù)和CFC連續(xù)功能圖圖形化組態(tài)軟件,帶有PROFIBUS-DP接口。
FM 458-1DP的基本模塊可以執(zhí)行計算、開環(huán)和閉環(huán)控制,通過擴展模塊可以對I/O和通信進(jìn)行擴展。
EXM 438-1 I/O擴展模塊是FM458-1DP 的可選插入式擴展模塊,用于讀取和輸出有時間要求的信號。有數(shù)字量/模擬量輸入/輸出模塊,可連接增量式和式編碼器,有4個12位模擬量輸出。
EXM 448 通信擴展模塊是FM 458-1DP 的可選插入擴展模塊。可以使用PROFIBUS-DP或SIMOLINK進(jìn)行高速通信,帶有一個備用插槽,可以插入MASTERDRIVES可選模式、用于建立SIMOLINK光纖通信。
FM 458-1DP 還有一些附件接口模塊,包括數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出和程序存儲模塊。

變頻器矢量控制的原理和特點
矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機定子電流的大小和相位,以達(dá)到對電動機在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制,進(jìn)而達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間,又可以形成各種PWM波,達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。
基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性*,但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對電動機定子電流的相位進(jìn)行控制,使之滿足一定的條件,以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動。因此,基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是,這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式,需要在電動機上安裝速度傳感器,因此,應(yīng)用范圍受到限制。
無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制,然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬,啟動轉(zhuǎn)矩大,工作可靠,操作方便,但計算比較復(fù)雜,一般需要專門的處理器來進(jìn)行計算,因此,實時性不是太理想,控制精度受到計算精度的影響。

飛鋸PLC控制系統(tǒng)實驗系統(tǒng)構(gòu)成
一、實驗?zāi)康?/span>
用PLC構(gòu)成飛鋸自控系統(tǒng)。
二、實驗設(shè)備
YX-80系列PLC實訓(xùn)裝置,
FX-20P手持編程器,或個人計算機(WINDOW ), SC-09編程線纜、FX-PCS/WIN編程環(huán)境
自控飛鋸實驗板
連接導(dǎo)線一套。
自控飛鋸實驗板的板的輸入輸出端子為特殊設(shè)計的端子,其功能為,當(dāng)輸出端M1為ON時,BV自動產(chǎn)生脈沖信號,模擬測量電動機轉(zhuǎn)速的光碼盤信號。當(dāng)SQ1給出信號(發(fā)光管亮)表示允許飛鋸切割鋼管,SQS發(fā)光管亮表示飛鋸?fù)瓿闪虽摴艿那懈睿w鋸抬起。SQ2發(fā)光管亮表示鋼管的夾具可松夾,SQ3發(fā)光管亮表示小車可返回,液壓閥SYA作用(發(fā)光管亮)使小車返回。SQ4亮表示小車沒有返回,系統(tǒng)出現(xiàn)故障給出報警信號,即對應(yīng)的報警發(fā)光管亮,整個系統(tǒng)出現(xiàn)停止?fàn)顟B(tài)。故障排除后,重新啟動系統(tǒng)時,必須先按復(fù)位按鈕,使電路從鎖住狀態(tài)恢復(fù)恢復(fù)正常狀態(tài)。電磁閥4YA發(fā)光亮表示夾具緊鋼管,3YA發(fā)光管亮表示夾具松夾,電磁閥lYA發(fā)光管亮表示下鋸,2YA發(fā)光管亮表示飛鋸抬起。電動機M1發(fā)光管亮表示送入鋼管,電動機M2發(fā)光管亮表示飛鋸旋轉(zhuǎn)運行。
三、實驗內(nèi)容
1、控制要求
(1)初始狀態(tài)
電動機M1和M2為OFF,電磁閥3YA和4YA為OFF,夾具處于松開狀態(tài),lYA和2YA為OFF,飛鋸處于抬起狀態(tài),液壓閥SYA為OFF,小車處于原始位置。
(2)啟動操作
按下啟動按鈕,開始下列操作:
①電動機M2運轉(zhuǎn)后M1運轉(zhuǎn),即飛鋸旋轉(zhuǎn)后再送入鋼管。
②當(dāng)鋼管長度達(dá)到預(yù)定要求時(例如6m),電磁閥4YA為ON,夾具夾緊鋼管,帶動小車和飛鋸一起向前運行。
③當(dāng)小車運行到SQ1位置時,SQ1為ON,電磁閥lYA為OFF,下鋸切割鋼管,完成鋼管切割時,SQS為ONo
④當(dāng)小車到達(dá)SQ2位置時,SQ2為ON,同時lYA為OFF, 2YA為ON飛鋸抬起,隨后2YA為OFF o
⑤當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ3的位置時, SQ3為ON,同時電磁閥4YA為OFF, 3YA為ON夾具松開。同時液壓閥SYA為ON使小車返回到原來位置,隨后3YA, SYA又恢復(fù)為OFF。
⑥如果小車沒有返回繼續(xù)向前運行,當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ4位置時,SQ4為ON,表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障發(fā)報出報警信號,同時整個系統(tǒng)停止在當(dāng)前狀態(tài)下。
⑦如果不是按著上述控制要求運行,都要發(fā)出報警信號停止運行。例如3YA,4YA同時為ON, 4YA, SYA同時為ON, S04為ON等。
(3)停止操作
按下停止鍵后,所有的輸出均勻為OFF,停止操作。
3 、 I/O口分配表;

3、根據(jù)上述控制要求,編制系統(tǒng)控制程序,調(diào)試并運行程序
四、編程練習(xí)
根據(jù)下面的兩種控制要求分別編制自控飛鋸系統(tǒng)的控制程序,并上機調(diào)試運行。
①控制要求同1、但增加每月切割鋼管數(shù)的統(tǒng)計功能。
②采用2位撥碼器輸入,作為由外部設(shè)定鋼管長度和數(shù)量進(jìn)行切割。
③根據(jù)鋼管傳送的速度修正電磁閥4YA為ON的動作時刻,確保切割鋼管長度的精度,編制程序。
提示:在剛管切割的過程中,切割鋼管的長度會產(chǎn)生誤差,其原因是由于電磁閥的動作速度是一定的,而電動機M1的運轉(zhuǎn)速度是可變的,即鋼管的傳送速度是不定的,當(dāng)M1運轉(zhuǎn)的快就必須保證電磁閥4YA為ON有一個提前量,而M1運轉(zhuǎn)的慢,4YA為ON就應(yīng)有一個延遲量,這樣才能確保切割鋼管長度的精度,減少誤差。在編程時必須考試這一因素。

工業(yè)控制中使用PLC取代繼電器控制 PLC的分類
簡介: 在工業(yè)自動化領(lǐng)域,可編程控制器(PLC)作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ),同時也給工業(yè)控制帶來了*的非凡變化。使用PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比,在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設(shè)備不會被*淘汰,但是由于PLC的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設(shè)計者的設(shè)計思想.
一、控制繼電器存在的缺點
今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是,這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲作條件下進(jìn)行的,容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧,甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作,引起嚴(yán)重的后果。再者,對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備,其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運載的情況下,大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲,同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝,如果有簡單的改動,也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。
二、可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能
可編程控制器以體積小功能強大所著稱,它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能,而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系,從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在,由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來,擴展了PLC的功能,使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力,從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。
1、順序控制
順序控制是PLC最基本、應(yīng)用較廣泛的領(lǐng)域。所謂的順序控制,就是按照工藝流程的順序,在控制信號的作用下,使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按照順序動作。由于它還具有編程設(shè)計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點,所以在實現(xiàn)單機控制、多機群控制、生產(chǎn)流程控制中可以*取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號,控制機械運動部件進(jìn)行相應(yīng)的操作,從而達(dá)到了自動化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動電梯的控制、管道上電磁伐的自動開啟和關(guān)閉、皮帶運輸機的順序啟動等。例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了PLC的順序控制功能。
2、閉環(huán)過程控制
以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在*可以采用PLC控制系統(tǒng),選用模擬量控制模塊,其功能由軟件完成,系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定,不受元件影響,因而可靠性更高,容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制和*的控制方法,可以同時控制多個控制回路和多個控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等。
3、運動位置控制
PLC可以支持?jǐn)?shù)控機床的控制和管理,在機械加工行業(yè),可編程控制器與計算機數(shù)控(CNC)集成在一起,用以完成機床的運動位置控制,它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息,經(jīng)處理與計算,發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動裝置,通過步進(jìn)電機或伺服電機,使機床按預(yù)定的軌道運動,以完成多軸伺服電機的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中。
4、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理
PLC可以通過通迅接口與顯示終端和打印機等外設(shè)相連。顯示器作為人機界面(HMI)是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備,它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號指示燈,及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行。PLC可以方便、快捷地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理,并可對要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII字符等方式進(jìn)行顯示。在顯示畫面上,通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài),如閥門的開與關(guān),電機的啟動與停止,位置開關(guān)的狀態(tài)等。PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化,操作人員通過參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,通過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時刻的數(shù)據(jù)記錄,通過打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利。
5、網(wǎng)絡(luò)特性
PLC可以實現(xiàn)多臺PLC之間或多臺PLC與一臺計算機之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求,從而組成多級分布式控制系統(tǒng),構(gòu)成工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。
(1) 通過通訊模塊、上位機以及相應(yīng)的軟件來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。
(2) 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶端計算機相連,從而使管理者可通過電話線對控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。
結(jié)束語
可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器,它可用于所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前國內(nèi)外已經(jīng)廣泛的將可編程控制器成功地應(yīng)用到機械、冶金、石油、化工、紡織、交通、電力、軍事等各個領(lǐng)域,并取得了可觀的技術(shù)濟(jì)濟(jì)效益。而且它還代表當(dāng)今電氣控制技術(shù)的世界*水平,它已與數(shù)控技術(shù) 、CAD/CAM技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)并列為工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱。

設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時的故障防范
在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中,大量采用了可編程序控制系統(tǒng),可編程序控制器能在惡劣的工作環(huán) 境下正常工作,但其構(gòu)成的控制系統(tǒng)由于設(shè)計、安裝、干擾等因素有時會出現(xiàn)故障。有些問 題是在系統(tǒng)設(shè)計時考慮不周造成的。根據(jù)實踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn),本文闡述可編程序控制系統(tǒng) 設(shè)計時應(yīng)注意的問題。
1、一個系統(tǒng)中使用的成熟技術(shù)至少應(yīng)占到75%以上
“成熟技術(shù)”一是經(jīng)過一定的生產(chǎn)實踐考驗的可編程控制器產(chǎn)品或類似設(shè)計,或者確定能在未來的生產(chǎn)實踐中,經(jīng)得起考驗;二是設(shè)計工作人員對于需要使用的技術(shù)要有經(jīng)驗或有掌握它的能力。設(shè)計與配置一個可編程序控制系統(tǒng)選用的技術(shù)與設(shè)計方案切實可行。因為一個生產(chǎn)過程控制系統(tǒng),一旦做出來,要長久使用下去,難以找到機會反復(fù)修改。設(shè)計的硬件系 統(tǒng)和編程軟件,其中某些缺欠,可能一直隱藏在已完成的系統(tǒng)中。若遇到發(fā)生破壞作用的條件,后果難以預(yù)料。
2、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)要簡明而清晰
硬件結(jié)構(gòu)不要追求繁瑣,網(wǎng)絡(luò)組態(tài)不要追求交叉因素太多,要力求使用可編程序控制器自 身配置的組網(wǎng)能力。在組成I/O機箱配套的模板時,建議型號簡單,力求*,模板密度不宜過大。使用的結(jié)線點不宜過多,從目前機箱的制造和配線工藝來看,輸入與輸出配線密度不能太高。
3、控制系統(tǒng)的功能和管理系統(tǒng)的功能應(yīng)嚴(yán)格劃分界限
由于可編程序控制器組成的過程控制系統(tǒng)中的實時性要求很高,而網(wǎng)絡(luò)通信是允許暫時失 去通信聯(lián)系,過后自己能重新恢復(fù),但是在重新恢復(fù)之前這一間隔時間可編程序控制器會處于失控。另外,在用多個可編程序控制器系統(tǒng)組成一個大系統(tǒng)時,對于主控制的關(guān)鍵命令,除了使用可編程序控制器自身的網(wǎng)絡(luò)通信傳送它的信息外,有使用它的I/O點做成的硬件聯(lián) 鎖,特別是兩者之間“急停”的處理;雖然兩個系統(tǒng)都在自身的通信掃描中互相變換著“停 止”或“急停”命令,但因一方在急停故障時已經(jīng)停止運行,另一方并未收到已停止的信息 而照常運行,其后果難測??删幊绦蚩刂破骺刂葡到y(tǒng)關(guān)鍵的“急停”應(yīng)先切除執(zhí)行機構(gòu)的電源,然后將其信號送入可編程序控制器,這樣可取得設(shè)備安全保護(hù)的時間。
4、可編程序控制器的程序要簡明且可讀
用戶軟件的編寫是“平鋪直敘”,用戶軟件可看成是一個有序的“黑盒子”系列,每個“ 黑盒子”按照結(jié)構(gòu)化語言劃分,可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調(diào) ,但一定要明確。在設(shè)計與編寫這些語句時,若使用不易推理的邏輯關(guān)系太多,或者語 句因素太多,特殊條件太多,就會使人閱讀這些語句時十分難懂。因此,一個可編程控制器 的用戶軟件的可讀性,即編寫的軟件能為大多數(shù)人讀懂,能理解可編程控制器在執(zhí)行這個語 句時,“發(fā)生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢,這是軟件在使用和維護(hù)時的重要條件。
5、可編程序控制系統(tǒng)在硬件和軟件上的預(yù)置,有運行檢測的關(guān)鍵監(jiān)視條件
可編程序控制系統(tǒng)配置了彩色圖形工作站/屏幕監(jiān)視,但從價格及反映現(xiàn)場狀態(tài)的時間來看,屏幕監(jiān)視尚不方便。關(guān)鍵的故障,或者在關(guān)鍵的機械設(shè)備附近,可配置一些指示燈,它們可以用數(shù)字量輸出做成,用來監(jiān)視程序的正常運行,或用來調(diào)試程序,在指示燈旁配以功能標(biāo)牌,可幫助操作人員確認(rèn)可編程序控制系統(tǒng)的正常運行和及時反映故障。
6、設(shè)計大中型可編程序控制系統(tǒng)時不要耗盡它的硬件和軟件資源
對于設(shè)計的新系統(tǒng),硬件上至少要保留15%左右的冗余,在軟件編制時,同樣要估計用戶軟件對計算機資源的需要與用量。尤其對中間繼電器,計數(shù)器/定時器的使用,要留有余地 。因為在調(diào)試和運行后,軟件總會被修改、補充,甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善,在工程上是不實際的。
7、合理地配置可編程序控制器系統(tǒng)的冗余
可編程序控制系統(tǒng)可能做出多種方式的冗余,中央處理器的雙機熱備、冷備冗余是常見的方式。另外,雙系統(tǒng)冗余,即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網(wǎng)通信*冗余,其價格和實用性雖然在許多工程項目中難以被人接受,但在有毒、有害的化工生產(chǎn)環(huán)境這種冗余很有必要。在設(shè)計系統(tǒng)中,要使配置冗余方式較為經(jīng)濟(jì)而又實用,力求使故障縮小在本設(shè)備身上。不要因某一設(shè)備發(fā)生故障,引起工藝流程中相關(guān)設(shè)備運行或狀態(tài)受到?jīng)_擊。
以上闡述的幾個方面,是在可編程序控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計時,要格外重視的問題,只有在設(shè)計系統(tǒng)時,考慮周到,系統(tǒng)投入運行之后,設(shè)計人員才能少些遺憾。

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