西門子PLC模塊控制器CPU1516-3 PN/DP       西門子PLC模塊控制器CPU1516-3 PN/DP

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受控系統(tǒng)：

通過加熱系統(tǒng)控制室溫是受控系統(tǒng)的一個簡單示例。 傳感器測量室溫并將溫度值傳送給控制器。 控制器將當前室溫與設(shè)定值進行比較，并計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，則會盡快達到此設(shè)定值，然后使其保持為常數(shù)值。 輸出值更改后，過程值通常僅隨時間延遲而變化。 控制器必須針對此響應進行補償。

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)行器的應用。

執(zhí)行器分為以下幾種：

• 帶有恒定起動信號的比例執(zhí)行器

  這些元件用于設(shè)置開啟角度、角位置，或與輸出值成比例的位置。 輸出值在控制范圍內(nèi)會對過程產(chǎn)生模擬量作用。

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

  連續(xù)控制器（如 PID_Compact）會生成輸出值。

• 帶脈沖寬度調(diào)制信號的比例執(zhí)行器

  這些執(zhí)行器用于在采樣時間間隔內(nèi)生成長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）在等時模式下接通，持續(xù)時間根據(jù)輸出值的不同而有所不同。

  系統(tǒng)性能：高水平的系統(tǒng)性能和快速信號處理能夠地縮短響應時間，加強控制能力。為達到這一目的，S7-1500西門子plc設(shè)計有高速背板總線，具有高波特率和高效的傳輸協(xié)議。點到點的反應時間不到500微秒，位指令的運算時達10納秒之內(nèi)（因CPU而異）。CPU1511和CPU1513 控制器設(shè)置有兩個Profinet端口，CPU 1516控制器設(shè)置有三個端口：其中兩個與現(xiàn)場級通訊，第三個用于整合至企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。Profinet IO IRT可以保證確定的反應時間和高精度的系統(tǒng)響應。此外，集成Web服務器支持非本地系統(tǒng)和過程數(shù)據(jù)查詢，以實現(xiàn)診斷的目的。

  　　工藝：在現(xiàn)場工藝方面，SIMATIC S7-1500西門子plc標準化的運動控制功能使其與眾不同。這使得模擬量和Profidrive 兼容驅(qū)動不需要其它模塊就可以實現(xiàn)直接連接，支持速度和定位軸，以及編碼器。按照PLCopen進行標準化的塊簡化了Profidrive 兼容驅(qū)動的連接。為使驅(qū)動和控制器實現(xiàn)高效快速調(diào)試，用戶可以執(zhí)行Trace功能，對程序和動作應用進行實時診斷，從而優(yōu)化驅(qū)動。另一個集成工藝功能是 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西門子plc工業(yè)信息安全集成的概念從塊保護延伸至通訊完整性，幫助用戶確保應用安全。集成的專有知識保護功能，如防止機器拷貝，能夠幫助防止未授權(quán)的訪問和修改。SIMATIC存儲卡用于防拷貝保護，將單個塊關(guān)綁定至原存儲卡的序列號，從而確保程序僅能通過配置過的存儲卡運行，而不能被復制。訪問保護功能防止對應用進行未經(jīng)授權(quán)的配置修改，可以通過給不同的用戶組分配不同的授權(quán)級別來實現(xiàn)這一功能。專有的數(shù)據(jù)校驗機制可識別修改過的工程數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)例如保護通過未授權(quán)操作傳輸?shù)娇刂破鞯臄?shù)據(jù)等功能。

  　　故障安全：SIMATIC S7-1500西門子plc集成了故障安全功能。為實現(xiàn)故障安全自動化，用戶配置了F型 （故障安全型）的控制器，對標準和故障安全程序使用同樣的工程設(shè)計和操作理念。用戶在定義、修改安全參數(shù)的時候可以借助安全管理編輯器。例如，當使用到故障安全型驅(qū)動技術(shù)提供服務的時候，用戶可以得到圖形化支持。新控制器在功能安全性方面通過了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3級安全應用標準，以及ISO 13849中PL e級安全應用標準。

  　　設(shè)計處理：SIMATIC S7-1500西門子plc的設(shè)計和處理以方便操作為前提，限度地實現(xiàn)用戶友好性（對許多細節(jié)都進行了創(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，從而實現(xiàn)全工廠透明化。標準化的前連接器節(jié)省了用戶接線時間，簡化了配件存儲。集成短接片使電位組的橋接更加簡單靈活。輔助配件，如自動斷路器或繼電器迅速便捷地安裝到集成DIN導軌。可擴展的電纜存儲空間能夠方便地關(guān)閉前蓋板，即便使用帶有絕緣的電纜，也可以通過兩個預定義的閉鎖位輕松關(guān)閉前蓋板。預接線位置的設(shè)計簡化了初始接線過程以及端子的重新連接的復雜性。集成屏蔽保證了模擬信號能夠屏蔽良好，從而獲得良好的信號接收質(zhì)量，以及抗外部電磁干擾的魯棒性。該款產(chǎn)品的另一個優(yōu)點是擴展性：SIMATIC S7-1500 CPU可以擴展至每個底板32個模塊，用戶可以根據(jù)自動化任務需要選擇模塊。

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

  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信號的執(zhí)行器

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

  步進控制器（如 PID_3Step）會生成輸出值。

無反饋兩位控制器

兩位控制器將狀態(tài)“ON”和“OFF”作為切換函數(shù)。 這與 100% 或 0% 輸出相對應。 該特性會使過程值 x 在設(shè)定值 w 周圍持續(xù)振蕩。

振幅和波動持續(xù)時間隨受控系統(tǒng)的延遲時間 Tu 與恢復時間 Tg 之間的比例而增加。 這些控制器主要用于簡單的溫度控制系統(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)具有較長延遲時間的情況下（例如功能空間與加熱空間分離的爐），可通過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關(guān)頻率，但這會減小過程值的振幅。 此外，在動態(tài)操作中可充分改進控制作用結(jié)果。 切換頻率限制由輸出級別決定。 在機械起動器（例如繼電器和觸點）上，每分鐘不得超過 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，則可選擇超過受控系統(tǒng)目前限制頻率的高切換頻率。

因為切換脈沖無法再通過受控系統(tǒng)的輸出來確定，所以會得到與連續(xù)控制器結(jié)果類似的結(jié)果。

通過對連續(xù)控制器的輸出值進行脈寬調(diào)制來生成輸出值。

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，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切換點作為輸出。 控制作用結(jié)果可通過電子反饋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。 此類控制器的應用領(lǐng)域包括供暖、低溫試驗箱、氣候試驗箱和塑料加工機的工具加熱設(shè)備。

下圖顯示了三位控制器的特性