6ES7215-1HF40-0XB0參數(shù)詳細

受控系統(tǒng)和執(zhí)行器

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?？刂破鲗斍笆覝嘏c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(yīng)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(yīng)用。

應(yīng)用 執(zhí)行器

液體或氣體質(zhì)量流 閥門、遮板、閘門閥

固體質(zhì)量流，如大塊材料 鉸鏈式擋板、傳送帶、振動器通道

電流 開關(guān)觸點、接觸器、繼電器、可控硅

可變電阻、可調(diào)變壓器、晶體管

控制原理

2.1 受控系統(tǒng)和執(zhí)行器

PID 控制

22 功能手冊, 11/2019, A5E35300232-AE

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。

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。

詳細介紹

1．SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要

6ES7215-1HF40-0XB0參數(shù)詳細

受控系統(tǒng)

受控系統(tǒng)的屬性幾乎不受到影響，因為這些屬性是由過程和機械的技術(shù)要求決定的。 只

能通過為特定受控系統(tǒng)選擇合適的控制器類型以及調(diào)整控制器以適應(yīng)受控系統(tǒng)的時間響

應(yīng)，來實現(xiàn)可接受的控制結(jié)果。 因此，要對控制器的比例、積分和微分作用進行組態(tài)，

很有必要詳細了解受控系統(tǒng)的類型和參數(shù)。

受控系統(tǒng)類型

根據(jù)受控系統(tǒng)對輸出值階躍變化的時間響應(yīng)來對受控系統(tǒng)進行分類。

受控系統(tǒng)有以下分類：

● 自調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)

– 比例作用受控系統(tǒng)

– PT1 受控系統(tǒng)

– PT2 受控系統(tǒng)

● 非自調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)

● 具有/不具有時間的受控系統(tǒng)

自調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)

比例作用受控系統(tǒng)

在比例作用受控系統(tǒng)中，過程值幾乎會立即隨輸出值而變化。 過程值與輸出值之間的比

率由受控系統(tǒng)的比例 Gain 定義。

示例：

● 管道系統(tǒng)中的閘門閥

● 分壓器

● 液壓系統(tǒng)中的降壓功能

控制原理

2.2 受控系統(tǒng)

PID 控制

24 功能手冊, 11/2019, A5E35300232-AE

PT1 受控系統(tǒng)

在 PT1 受控系統(tǒng)中，過程值的變化最初與輸出值的變化成比例。 過程值的變化率隨時間

減小，直至達到最終值，即被延遲。

示例：

● 彈簧減震系統(tǒng)

● RC 元件的充電

● 由蒸汽加熱的貯水器。

加熱與制冷過程，或充電和放電特性的時間常量通常相同。 時間常量不同時，控制顯然

會更加復(fù)雜。

PT2 受控系統(tǒng)

在 PT2 受控系統(tǒng)中，過程值不會立即跟隨輸出值的階躍變化，即，過程值的增加與正向

上升率成正比，然后隨著上升率的下降而逼近設(shè)定值。 受控系統(tǒng)通過二階延遲元件顯示

比例響應(yīng)特性。

示例：

● 壓力控制

● 流速控制

● 溫度控制

非自調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)

非自調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)具有積分響應(yīng)。 過程值趨于無限大的值。

示例：

● 流入容器的液體

具有死時間的受控系統(tǒng)

死時間總是表示在系統(tǒng)輸出測量系統(tǒng)輸入的變化之前到期的運行時間或傳輸時間。

在具有死時間的受控系統(tǒng)中，過程值的變化將發(fā)生延遲，延遲時間等于死時間量。

示例：

傳送帶

 控制原理

2.3 控制部分的特征值

PID 控制

功能手冊, 11/2019, A5E35300232-AE 25

2.3 控制部分的特征值

根據(jù)階躍響應(yīng)確定時間響應(yīng)

受控系統(tǒng)的時間響應(yīng)可根據(jù)輸出值 y 發(fā)生階躍變化之后的過程值 x 的時間特性來確定。大

多數(shù)受控系統(tǒng)為自調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)。

時間響應(yīng)可由使用變量延遲時間 T u 、恢復(fù)時間 T g 和最大值 X max 來大致確定。這些變量

可通過最大值的切點和階躍響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點來確定。在很多情況下，無法記錄達到最大值的

響應(yīng)特性，因為過程值不能超過特定值。在這種情況下，上升率 v max 用于確定受控系統(tǒng)

(v max = Δ x /Δ t )。