第十章 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應(yīng)用

1、第十章第十章 PLC在模擬量閉環(huán)控制在模擬量閉環(huán)控制中的應(yīng)用中的應(yīng)用 10.1 模擬量閉環(huán)控制的基本概念模擬量閉環(huán)控制的基本概念 10.2 SFB41及其應(yīng)用及其應(yīng)用 10.1 模擬量閉環(huán)控制的基本概念模擬量閉環(huán)控制的基本概念 1、模擬量單閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成 控制器A/D執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象D/A測量元件)(nsp)(nev)(nmv)(tmv)(tc)(tpv)(npvPLC模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 例如在加熱爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)中，用熱電偶檢測爐溫，溫度變送器將熱電偶輸出的微弱電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓，然后送給模擬量輸入模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到與溫度成比例的數(shù)字量，CPU將它與溫度設(shè)定

2、值比較，并按某種控制規(guī)律（例如PID控制算法）對誤差進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果（數(shù)字量）送給模擬量輸出模塊，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏餍盘柣螂妷盒盘?，用來控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，通過它控制加熱用的天然氣的流量，實(shí)現(xiàn)對溫度的閉環(huán)控制。為系統(tǒng)的輸出量，即被控量，例如加熱爐中的溫度。天然氣壓力的波動、工件進(jìn)入加熱爐，這些因素稱為擾動量，它們會破壞爐溫的穩(wěn)定。閉環(huán)控制可以有效地抑制閉環(huán)中各種擾動的影響，使被控量趨近于給定值。)(tc2 復(fù)雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （1）級聯(lián)控制級聯(lián)控制又稱串級控制，兩個(gè)控制器串行連接，第一個(gè)控制器（主控制器）的輸出SP2是伺服控制器的設(shè)定值 主控制器的給定值為SP1，反饋值為PV1，它調(diào)

3、整SP2，以便盡可能快地使過程變量PV1在沒有超調(diào)的情況下達(dá)到設(shè)定值。以電動調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)就是一個(gè)級聯(lián)控制系統(tǒng)。電動調(diào)節(jié)閥有一個(gè)位置隨動系統(tǒng)，圖10-2中的PV2是閥門的開度，即閥芯的位置。通過輔助回路的調(diào)節(jié)作用，閥門的開度與主控制器的輸出量SP2成正比。級聯(lián)控制器 （2）混合控制器混合控制器總的設(shè)定值SP按一定的比例分配給各控制組件，各混合系數(shù)之和應(yīng)為1，例如圖4-11中的FAC1 + FAC2 + + FAC4 = 1。圖10-3 混合控制器控制器1過程1FAC4FAC1SP1SP1LMN1PV控制器1過程14SP4LMN4PV（3）單閉環(huán)比例控制器對于某些控制系統(tǒng)來說，控制兩

4、個(gè)過程變量之間的比例比控制它們的絕對數(shù)值更重要，例如控制兩臺需要同步的設(shè)備的速度，可以使用圖10-4中的單閉環(huán)比例控制器。圖10-4 單閉環(huán)比例控制器控制器過程SPLMN2PV系數(shù)1PV（4）多閉環(huán)比例控制器多閉環(huán)比例控制器使兩個(gè)過程變量PV1和PV2之比保持為常數(shù)。為此用第1個(gè)控制閉環(huán)的過程量PV1來計(jì)算第2個(gè)控制閉環(huán)的設(shè)定值。在過程變量PV1動態(tài)變化的過程中也能保證PV1與PV2之間保持設(shè)定的比例。如圖10-5所示。圖10-5多閉環(huán)比例控制器控制器1過程1SP1LMN2PV系數(shù)1PV控制器2過程22LMN 3 數(shù)字PID控制器 PID控制器是應(yīng)用最廣的閉環(huán)控制器，有人估計(jì)現(xiàn)在有90%以上的

5、閉環(huán)控制采用PID控制器。這是因?yàn)镻ID控制器具有不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)、有較強(qiáng)的靈活性和實(shí)用性、使用方便等特點(diǎn)。 在S7-300/400中可以通過使用閉環(huán)控制模塊、使用閉環(huán)控制專用的系統(tǒng)功能塊和使用閉環(huán)控制軟件包等三種方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)字式模擬量閉環(huán)控制。在不改變現(xiàn)有設(shè)備組成的情況下，我們選擇了使用閉環(huán)控制專用的系統(tǒng)功能塊的方法來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。使用連續(xù)PID控制器SFB41、脈沖發(fā)生器SFB43、步近PI控制器SFB42等系統(tǒng)功能塊實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 10.2 SFB4110.2 SFB41及其應(yīng)用及其應(yīng)用 SFB41使用舉例 某水箱里的水以變化的速度從水箱的出水口流出，為了保持一

6、定的水位，需要有一個(gè)水泵以不同的速度通過水箱的進(jìn)水管向水箱供水。假設(shè)供水系統(tǒng)的設(shè)定值為滿水位的75%，調(diào)節(jié)量為水位。過程變量是來自水位表的單極性模擬量，用來控制水泵速度。這個(gè)模擬量的范圍為0.01.0，分辨率為1/32000。 由于水泵的機(jī)械慣性比較大，故系統(tǒng)決定采用PI控制，初步確定的控制參數(shù)為：比例增益0.25，采樣周期=0.2s，積分時(shí)間=20分鐘。第一步先建立項(xiàng)目，在S7-300中，可以在OB35中編寫SFB41的控制程序，先根據(jù)事先定好的采樣周期設(shè)置OB35的執(zhí)行周期（如圖10-8所示）。圖10-8 改變OB35的循環(huán)周期 在程序中添加OB35、OB100并添加作為SFB41背景數(shù)據(jù)塊的DB1，為了方便編程，在符號表編輯器中將DB1命名為DI_CONT_C（如圖10-9），打開DB1將其中的“CYCLE”參數(shù)更改為T#200MS，“TI”參數(shù)更改為T#20M，如圖10-10所示。圖10-9 符號表圖10-10 設(shè)置采樣周期及積分時(shí)間在OB100中進(jìn)行初始化，如圖10-11所示。 圖10-11 初始化程序O