遼寧西門子S7-1200系列PLC代理商價格

PLC的閉環(huán)控制模塊

    用PLC實現(xiàn)以開關(guān)量為主的自動控制是非常方便的。也就是說PLC能方便地根據(jù)工藝要求，按照邏輯運算、順序操作、定時和計數(shù)等規(guī)則控制執(zhí)行機構(gòu)按預(yù)定程序動作，如控制繼電器接通或斷開、電磁閥打開或關(guān)閉、電動機轉(zhuǎn)動或停止等。然而，早期PLC的模擬量處理，特別是閉環(huán)控制功能較弱。為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)自動控制的需要，中型以上PLC大都開發(fā)了能實現(xiàn)閉環(huán)控制功能的模塊。

    1．PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制的方法

    PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制的方法各不相同，一般來說可分為兩大類。

    一類稱為“*軟件實現(xiàn)法”，它主要是利用所開發(fā)的模擬量輸入與輸出模塊來構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。在軟件上開發(fā)了比較完善的實現(xiàn)各種控制算法的應(yīng)用軟件。也可由用戶自行根據(jù)需要編制。采用這一類辦法的有美國GE公司和日本三菱公司等。如三菱公司在A系列PLC上配置多通道A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊A616，可用于實現(xiàn)建筑物的溫度調(diào)節(jié)，另外三菱公司在F系列上配置的F2-6A-E模擬量輸入／輸出模塊有四路模擬量輸入，二路模擬量輸出，也可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

    另一類稱為“硬、軟件結(jié)合法”，它專門開發(fā)可以實現(xiàn)閉環(huán)控制的硬件模塊，并為它配有適應(yīng)各種控制方案的軟件功能塊，共同實現(xiàn)閉環(huán)控制。采用這一類辦法的有西門子公司、美國AB公司等的PLC。

    為適應(yīng)自動控制的需要，開發(fā)出不同用途的閉環(huán)控制模塊，如三菱公司A系列PLC的定位控制模塊AD71、AOJ2-D71、AD72，適用于諸如伺服馬達系統(tǒng)，進行閉環(huán)精密定位控制；西門子公司S系列PLC開發(fā)有的閉環(huán)控制模塊，如溫度控制模塊、位置控制模塊和通用閉環(huán)控制模塊。

    下面介紹西門子公司的通用閉環(huán)控制模塊的結(jié)構(gòu)原理。

    2．通用閉環(huán)控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)

    兩門子公司的通用閉環(huán)控制模塊可應(yīng)用于快速閉環(huán)控制系統(tǒng)中，當插入不同的軟件功能模塊就能形成不同的控制結(jié)構(gòu)。通常安裝于PLC的I/O框架上，通過其自己的接口一方面與PLC的系統(tǒng)總線相連，另一方面與被控對象相連，在不占用PLC的CPU資源情況下，可并行管理8個閉環(huán)回路。

    通用閉環(huán)控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.14所示，整個模塊可分為兩大部分：上部為處理器部分，下部為模擬與脈沖輸入部分。兩部分通過電纜相連。

    (1)處理器部分

    本模塊是智能模塊處理器部分，采用80186作微處理器，用它來實現(xiàn)各種控制算法的計算及各種控制功能的實現(xiàn)。圖中的總線接口用于與PLC的系統(tǒng)總線相連，并通過它與PLC的CPU進行信息交換。編程器接口與編程器相連，實現(xiàn)對模塊的編程和監(jiān)控。系統(tǒng)內(nèi)尚有存儲器子模塊接口。存儲子模塊中包括16KB EPROM和4KB EEPROM，EPROM中存放與控制結(jié)構(gòu)相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，EEPROM中存放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。不同的控制結(jié)構(gòu)需要不同的系統(tǒng)軟件，由插入模塊內(nèi)不同的存儲子模塊內(nèi)容來確定。

    (2)模擬與脈沖輸入部分

    模擬部分包括：模擬量輸入通道(A/D)，輸入通道數(shù)為8路、12位、輸入信號范圍為±10V;模量輸出通道( D/A)，輸出通道數(shù)亦為8路、12位，輸出信號范圍為±10V，有短路保護。另外還有脈沖輸入部分，計數(shù)范圍為0～32767，碼盤電源電壓5V，大輸入頻率為500kHz。通過上述3個接口可與實際生產(chǎn)過程相連。

    3．控制結(jié)構(gòu)的類型與組成

    西門子公司的通用閉環(huán)控制模塊插入不同的存儲子模塊就能實現(xiàn)不同的控制結(jié)構(gòu)，有3種控制結(jié)構(gòu)：標準控制結(jié)構(gòu)、電機拖動控制結(jié)構(gòu)和帶自校正的電機拖動控制結(jié)構(gòu)。

    (1)標準控制結(jié)構(gòu)

    標準控制結(jié)構(gòu)用于單閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制結(jié)構(gòu)的示意圖如圖2.15所示，圖中繪出了閉環(huán)控制模塊與外部生產(chǎn)過程的關(guān)系。標準控制結(jié)構(gòu)具有P（比例）、PI（比例、積分）、PD（比例、微分）和PID（比例、積分、微分）等控制功能。主要用于溫度控制、壓力控制和流量控制等生產(chǎn)過程。

    圖2.15    標準控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)示意圖

    (2)電機拖動控制結(jié)構(gòu)

    圖2.16為電機拖動控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖。

    圖2.16    電機拖動控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖

    由上圖看出閉環(huán)控制模塊實現(xiàn)速度控制和邏輯控制。電流控制器中包括了電機控制和SCR供電部分，這部分在模塊外，需用戶另行設(shè)計。

    由速度控制器和電流控制器共同組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中速度控制器是數(shù)字控制器，電流控制器為模擬控制器，兩者結(jié)合使用可以滿足快速系統(tǒng)的需要。邏輯控制部分主要實現(xiàn)關(guān)系的聯(lián)鎖、顯示等功能。實際轉(zhuǎn)速值（速度反饋）來自碼盤的計數(shù)脈沖。

    速度控制器的輸出也就是電流給定值，通過模擬量輸出通道輸出。

    (3)帶有自校正的電機拖動控制系統(tǒng)

    帶有自校正的電機拖動控制結(jié)構(gòu)對于直流電機速度控制系統(tǒng)具有自校正特性，用戶可以確定控制參數(shù)，得到一個動態(tài)特性好的控制器。

    自校正電機拖動動控制結(jié)構(gòu)是在電機拖動控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它們之間有許多相同之處，但增加了一個“自校正分支”，它是實現(xiàn)自校正的核心。它在控制器輸出和實際值輸入之間加入了控制系統(tǒng)辨識和參數(shù)計算的軟件功能。在自校正分支中定義給定值的每步變化，而且系統(tǒng)的特征將取決于每步的響應(yīng)?？紤]到用戶給出的極限值，采用特殊的搜索方法來計算控制參數(shù)。

    以上概略介紹了西門子公司通用閉環(huán)控制模塊的3種控制結(jié)構(gòu)。閉環(huán)控制模塊工作時要與PLC的CPU交換信息。在處理閉環(huán)控制時，CPU可調(diào)用相應(yīng)的軟件功能塊，寫入和讀出有關(guān)數(shù)據(jù)與參數(shù)，實現(xiàn)不同的控制結(jié)構(gòu)的功能。
利用中斷控制方式進行工作的情況是很多的，如利用中斷控制I/O傳輸數(shù)據(jù)，這樣不但可以使CPU和外設(shè)同時工作，而且可使CPU命令多個外設(shè)同時工作，實現(xiàn)分時操作，從而大大提高了計算機系統(tǒng)的使用率。

    此外，在其他方面也廣泛使用中斷功能，如故障處理（出現(xiàn)故障，通過中斷申請，作出相應(yīng)處理）、實時數(shù)據(jù)處理與實時控制（如某參數(shù)值超過允許范圍、通過中斷申請、發(fā)出報警信號）等。在實現(xiàn)中斷控制方式時，計算機內(nèi)尚有一系列操作，如保護斷點和現(xiàn)場、恢復(fù)斷點和現(xiàn)場，尋找中斷服務(wù)程序和中斷優(yōu)先權(quán)排隊等。

    例如，日本三菱公司A系列PLC配有AL-61中斷模塊，該模塊適用于要求快速響應(yīng)的設(shè)備的控制。當收到中斷輸入信號時，AL-61暫時停止PLC中正常運行程序的執(zhí)行，按照中斷的要求執(zhí)行中斷程序。中斷啟動條件是根據(jù)所連接設(shè)備的類型，通過內(nèi)部開關(guān)進行選擇的。中斷可在輸入脈沖的前沿或后沿啟動，中斷響應(yīng)時間約0.2ms或更短。

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