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：

通過加熱系統(tong)(tong)控(kong)制(zhi)室(shi)溫是受(shou)控(kong)系統(tong)(tong)的一個簡(jian)單(dan)示例。 傳感器(qi)測量室(shi)溫并將(jiang)溫度值(zhi)(zhi)傳送給控(kong)制(zhi)器(qi)。 控(kong)制(zhi)器(qi)將(jiang)當前室(shi)溫與設(she)定值(zhi)(zhi)進行(xing)比較，并計算加熱控(kong)制(zhi)的輸出值(zhi)(zhi)（調節(jie)變量）。

如果 PID 控制器的(de)設置正確，則會盡(jin)快(kuai)達(da)到(dao)此(ci)設定值(zhi)，然(ran)后使(shi)其保(bao)持為常(chang)數值(zhi)。 輸(shu)出值(zhi)更改后，過程值(zhi)通常(chang)僅隨時間延遲(chi)而(er)變化。 控制器必須針對(dui)此(ci)響應進行補償。

執(zhi)行器

執行器是(shi)受控(kong)系統元件，受控(kong)制器影響。 其功能是(shi)修改質量和能量流。

下表概述(shu)了執(zhi)行器的(de)應用。

執行器分為以下幾種：

• 帶有恒定起動(dong)信號的比例執行器

  這些元件用(yong)于(yu)設(she)置開啟角(jiao)度、角(jiao)位置，或與輸(shu)出值成比例的(de)位置。 輸(shu)出值在(zai)控(kong)制范圍(wei)內會(hui)對(dui)過(guo)程產生模擬量作用(yong)。

  此(ci)組中(zhong)的(de)(de)執行器包括(kuo)彈簧(huang)支撐的(de)(de)氣動驅動器，以及構成位置控(kong)制系統的(de)(de)帶位置反饋的(de)(de)電(dian)動驅動器。

  連續(xu)控制器(qi)（如 PID_Compact）會生成(cheng)輸出(chu)值。

• 帶脈沖寬度調(diao)制信號的比例執行(xing)器

  這些執行(xing)器用(yong)于在(zai)(zai)采樣時(shi)(shi)間(jian)間(jian)隔內生成(cheng)長度與輸出值(zhi)成(cheng)比例的(de)脈(mo)沖輸出。 執行(xing)器（如(ru)加熱電阻或(huo)制冷裝置(zhi)）在(zai)(zai)等時(shi)(shi)模式下(xia)接通，持(chi)續(xu)時(shi)(shi)間(jian)根據輸出值(zhi)的(de)不同而有(you)所不同。

  系統(tong)性能(neng)：高水平的(de)(de)(de)(de)(de)系統(tong)性能(neng)和快速信號(hao)處理能(neng)夠地縮(suo)短(duan)響應時(shi)(shi)(shi)間，加強控制能(neng)力。為達到這一(yi)目的(de)(de)(de)(de)(de)，S7-1500西(xi)門子plc設計有(you)(you)高速背板(ban)總線(xian)，具有(you)(you)高波(bo)特(te)率和高效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)傳輸協(xie)議。點到點的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應時(shi)(shi)(shi)間不到500微秒，位指令的(de)(de)(de)(de)(de)運算時(shi)(shi)(shi)達10納秒之內（因CPU而異）。CPU1511和CPU1513 控制器設置有(you)(you)兩(liang)個(ge)Profinet端(duan)口(kou)(kou)，CPU 1516控制器設置有(you)(you)三個(ge)端(duan)口(kou)(kou)：其(qi)中(zhong)兩(liang)個(ge)與現場級通訊(xun)，第三個(ge)用于整合(he)至企(qi)業網絡。Profinet IO IRT可(ke)以保(bao)證確定的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應時(shi)(shi)(shi)間和高精度的(de)(de)(de)(de)(de)系統(tong)響應。此外，集成Web服務器支持非本地系統(tong)和過程數據查詢，以實現診斷的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)。

  　　工(gong)藝(yi)：在現場工(gong)藝(yi)方(fang)面，SIMATIC S7-1500西門子plc標準(zhun)化的(de)運(yun)動(dong)控(kong)制(zhi)功能(neng)使其與眾不(bu)同。這(zhe)使得模(mo)擬量和(he)Profidrive 兼(jian)容(rong)(rong)驅(qu)動(dong)不(bu)需要其它模(mo)塊(kuai)就可(ke)以(yi)實(shi)現直接連(lian)接，支(zhi)持速度(du)和(he)定位(wei)軸，以(yi)及(ji)編(bian)碼器。按(an)照PLCopen進行標準(zhun)化的(de)塊(kuai)簡(jian)化了Profidrive 兼(jian)容(rong)(rong)驅(qu)動(dong)的(de)連(lian)接。為(wei)使驅(qu)動(dong)和(he)控(kong)制(zhi)器實(shi)現高效快(kuai)速調試，用(yong)戶可(ke)以(yi)執行Trace功能(neng)，對程(cheng)序和(he)動(dong)作應用(yong)進行實(shi)時(shi)診斷(duan)，從而(er)優化驅(qu)動(dong)。另(ling)一個(ge)集成工(gong)藝(yi)功能(neng)是 PID控(kong)制(zhi)，可(ke)用(yong)方(fang)便配置的(de)塊(kuai)確保控(kong)制(zhi)質量。控(kong)制(zhi)參數可(ke)以(yi)自(zi)整定。

  　　工業信(xin)息(xi)安(an)全：SIMATIC S7-1500西門子plc工業信(xin)息(xi)安(an)全集成的(de)(de)(de)(de)概念從(cong)塊(kuai)保(bao)(bao)(bao)護(hu)延伸(shen)至(zhi)通訊完(wan)整(zheng)性，幫助(zhu)用戶(hu)確保(bao)(bao)(bao)應(ying)用安(an)全。集成的(de)(de)(de)(de)專(zhuan)(zhuan)有知識(shi)保(bao)(bao)(bao)護(hu)功能(neng)(neng)(neng)(neng)，如(ru)防止機(ji)器拷(kao)貝(bei)，能(neng)(neng)(neng)(neng)夠幫助(zhu)防止未(wei)授權(quan)的(de)(de)(de)(de)訪問和修改。SIMATIC存(cun)儲卡用于(yu)防拷(kao)貝(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)，將(jiang)單個塊(kuai)關綁(bang)定至(zhi)原存(cun)儲卡的(de)(de)(de)(de)序列號，從(cong)而(er)確保(bao)(bao)(bao)程序僅能(neng)(neng)(neng)(neng)通過配(pei)置(zhi)過的(de)(de)(de)(de)存(cun)儲卡運行，而(er)不能(neng)(neng)(neng)(neng)被復制(zhi)(zhi)(zhi)。訪問保(bao)(bao)(bao)護(hu)功能(neng)(neng)(neng)(neng)防止對應(ying)用進行未(wei)經授權(quan)的(de)(de)(de)(de)配(pei)置(zhi)修改，可(ke)以通過給不同的(de)(de)(de)(de)用戶(hu)組分配(pei)不同的(de)(de)(de)(de)授權(quan)級別(bie)來實現這一(yi)功能(neng)(neng)(neng)(neng)。專(zhuan)(zhuan)有的(de)(de)(de)(de)數據校驗機(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)可(ke)識(shi)別(bie)修改過的(de)(de)(de)(de)工程數據，從(cong)而(er)實現例如(ru)保(bao)(bao)(bao)護(hu)通過未(wei)授權(quan)操作傳(chuan)輸到控制(zhi)(zhi)(zhi)器的(de)(de)(de)(de)數據等(deng)功能(neng)(neng)(neng)(neng)。

  　　故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)：SIMATIC S7-1500西門子plc集成了故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)功能。為實現故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)自動化(hua)，用戶配置了F型 （故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)型）的控制器(qi)，對標準(zhun)和(he)故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)程序(xu)使用同樣的工程設(she)計和(he)操作理(li)念。用戶在(zai)定義(yi)、修改(gai)安全(quan)(quan)(quan)參數(shu)的時候(hou)(hou)可以借助安全(quan)(quan)(quan)管理(li)編輯(ji)器(qi)。例如，當使用到故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)型驅(qu)動技術提供服務的時候(hou)(hou)，用戶可以得到圖形(xing)化(hua)支持(chi)。新控制器(qi)在(zai)功能安全(quan)(quan)(quan)性方面通過了EN 61508，符(fu)合IEC62061中SIL 3級安全(quan)(quan)(quan)應(ying)用標準(zhun)，以及ISO 13849中PL e級安全(quan)(quan)(quan)應(ying)用標準(zhun)。

  　　設(she)計處(chu)理：SIMATIC S7-1500西門子(zi)plc的(de)(de)(de)設(she)計和處(chu)理以(yi)(yi)方便(bian)操(cao)作為前提，限度(du)地實(shi)現用戶(hu)友好性(xing)(xing)（對(dui)許多(duo)細節(jie)(jie)都進行了(le)創新，例(li)如，SIMATIC控制器(qi)次安裝了(le)顯示(shi)裝置），并(bing)能(neng)顯示(shi)普通文本信(xin)息(xi)，從(cong)而實(shi)現全工廠(chang)透明化(hua)。標準化(hua)的(de)(de)(de)前連(lian)接(jie)器(qi)節(jie)(jie)省(sheng)了(le)用戶(hu)接(jie)線時間，簡化(hua)了(le)配(pei)件存(cun)儲(chu)。集(ji)成(cheng)短(duan)接(jie)片使電(dian)位組的(de)(de)(de)橋接(jie)更加簡單靈(ling)活。輔(fu)助配(pei)件，如自(zi)動(dong)斷路(lu)器(qi)或繼電(dian)器(qi)迅速便(bian)捷地安裝到集(ji)成(cheng)DIN導軌。可(ke)擴展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)電(dian)纜(lan)(lan)存(cun)儲(chu)空間能(neng)夠方便(bian)地關閉前蓋板，即便(bian)使用帶有絕緣的(de)(de)(de)電(dian)纜(lan)(lan)，也可(ke)以(yi)(yi)通過兩個預(yu)定義的(de)(de)(de)閉鎖位輕松關閉前蓋板。預(yu)接(jie)線位置的(de)(de)(de)設(she)計簡化(hua)了(le)初始接(jie)線過程以(yi)(yi)及端子(zi)的(de)(de)(de)重新連(lian)接(jie)的(de)(de)(de)復雜性(xing)(xing)。集(ji)成(cheng)屏蔽保(bao)證了(le)模(mo)擬(ni)信(xin)號能(neng)夠屏蔽良好，從(cong)而獲得良好的(de)(de)(de)信(xin)號接(jie)收質量，以(yi)(yi)及抗外部電(dian)磁干擾的(de)(de)(de)魯棒(bang)性(xing)(xing)。該款產品的(de)(de)(de)另一個優點是擴展(zhan)(zhan)性(xing)(xing)：SIMATIC S7-1500 CPU可(ke)以(yi)(yi)擴展(zhan)(zhan)至每個底板32個模(mo)塊，用戶(hu)可(ke)以(yi)(yi)根據(ju)自(zi)動(dong)化(hua)任務需要(yao)選擇模(mo)塊。

  起動信號可呈現(xian)單(dan)極(ji)“打(da)開(kai)”或“關閉”狀態(tai)，或表示雙(shuang)極(ji)狀態(tai)，如“打(da)開(kai)/關閉”、“向(xiang)前/向(xiang)后”、“加速/制動”。

  輸出值由兩(liang)位控(kong)制(zhi)器(qi)（如具有脈(mo)寬調制(zhi)的 PID_Compact）生(sheng)成。

• 具(ju)有(you)積(ji)分作用和三(san)位(wei)起動(dong)信(xin)號的執行器(qi)

  執行器(qi)經常由電機操作，操作周期與(yu)阻塞元件(jian)的(de)執行器(qi)進給(gei)成比例。 包括閥(fa)(fa)門、遮板和閘門閥(fa)(fa)等(deng)元件(jian)。 盡管(guan)所有這些執行器(qi)的(de)設計有所不同，但(dan)它們都(dou)受(shou)到受(shou)控系統輸入端的(de)積分(fen)作用的(de)影響(xiang)。

  步(bu)進控制器（如(ru) PID_3Step）會生成(cheng)輸(shu)出值。

無反饋(kui)兩位控制器(qi)

兩位控制器將狀態“ON”和“OFF”作為(wei)切換(huan)函數。 這與 100% 或 0% 輸出相對應。 該特(te)性會使(shi)過程值 x 在設定(ding)值 w 周(zhou)圍持續振蕩。

振幅和波動持續(xu)時(shi)間(jian)隨受(shou)控(kong)系統(tong)的延(yan)遲時(shi)間(jian) Tu 與恢復時(shi)間(jian) Tg 之(zhi)間(jian)的比(bi)例(li)而增加。 這些控(kong)制(zhi)(zhi)器主要(yao)用(yong)于簡單的溫度控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)（例(li)如直接用(yong)電加熱的爐子），或(huo)用(yong)作限(xian)值報警(jing)設備。

下圖顯(xian)示了兩位控制器的特(te)性

下圖顯示了兩(liang)位控制器的控制函數

有反饋兩位控制器

在受控(kong)系統(tong)具(ju)有較長延遲(chi)時間(jian)的情況下（例如功能(neng)空間(jian)與加熱空間(jian)分離的爐），可通過使(shi)用電力反(fan)饋改善兩位控(kong)制器的特性(xing)。

反饋用于增(zeng)加控制器的(de)(de)開(kai)關頻(pin)率，但這會減小過(guo)程值的(de)(de)振幅。 此外，在(zai)動態操作(zuo)中可充(chong)分改進控制作(zuo)用結果。 切(qie)(qie)換頻(pin)率限制由輸出(chu)級別決定(ding)。 在(zai)機械起(qi)動器（例如繼電器和觸(chu)點）上，每分鐘不得超過(guo) 1 到 5 次切(qie)(qie)換。 如果是下游(you)可控硅或三端雙向(xiang)可控硅控制器的(de)(de)電壓和電流輸出(chu)，則可選擇超過(guo)受控系統(tong)目前限制頻(pin)率的(de)(de)高切(qie)(qie)換頻(pin)率。

因為(wei)切(qie)換脈沖無法(fa)再通(tong)過受控系統的輸出來確定，所以(yi)會得到與(yu)連(lian)續控制器結(jie)果(guo)類(lei)似的結(jie)果(guo)。

通(tong)過(guo)對連續(xu)控制器的(de)輸出(chu)值進行脈寬(kuan)調制來生成輸出(chu)值。

反饋兩位控制(zhi)器可用(yong)(yong)于爐子的溫度控制(zhi)，用(yong)(yong)于塑料(liao)、紡織品、紙張、橡膠和食品中(zhong)使用(yong)(yong)的加工機，以(yi)及用(yong)(yong)于加熱(re)和冷卻設(she)備(bei)。

三位(wei)控(kong)制(zhi)器

三位控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)用于加熱/冷卻。 這些控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)使用兩個切換點(dian)作為輸出。 控(kong)制(zhi)(zhi)作用結果可通過電子反饋結構進(jin)行(xing)優化。 此類控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)的(de)應用領(ling)域包括供(gong)暖、低溫試驗箱、氣(qi)候試驗箱和(he)塑料加工機(ji)的(de)工具加熱設(she)備。

下圖顯(xian)示(shi)了(le)三位控制器(qi)的特性