6ES7 212-1AE40-0XB0

西門子觸摸屏結合西門子PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應用是一種自動控制的趨勢。觸摸屏和PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的使用，可以讓操作者在觸摸屏中直接設定目標值（壓力及溫度等），通過PLC與實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運算指令（模擬信號），調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。并可實時控到被控系統(tǒng)實際值的大小及變頻器內(nèi)的多個參數(shù)，實現(xiàn)報、記錄等功能
西門子PLC在高壓固態(tài)軟起動器中的應用 摘要：先介紹了軟起動的狀況以及高壓固態(tài)軟起動工作原理。通過使用西門子S7-200可編程邏輯控制編程實現(xiàn)不同起動方式下的三相可控硅觸發(fā)角給定模擬信號，利用市場上成熟的三相晶閘管移相觸發(fā)模塊接收PLC給定的模擬信號后按照相對應的觸發(fā)角輸出六路脈沖列，然后通過光纖技術傳送脈沖信號觸發(fā)可控硅閥主件從而實現(xiàn)電機軟啟動效果，同時也很好的解決了高壓隔離問題，本文還重點介紹到可控硅觸發(fā)取能問題。 關鍵詞：軟啟動；PLC；晶閘管移相觸發(fā)；光纖觸發(fā) 隨著工業(yè)的快速增長，三相交流異步電機因其結構簡單、運行可靠、價格低廉、體積較小、機械性能好、運行維護方便等優(yōu)點而被廣泛采用。據(jù)統(tǒng)計，三相交流異步電機耗電量占全發(fā)電量的30%以上。然而， 電動機的起動特性卻一直不理想。*，電動機起動過程中的起動電流一般為額定電流3～7倍，可達電動機額定電流的8倍。這樣大的電流不僅加重了進線、供電電網(wǎng)以及接在電動機前面的開關電器的負荷，而且同時出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩沖擊又會使電動機發(fā)生猛烈的沖振，并且也給用作動力傳輸?shù)妮o助設備和做功的機械設備帶來不可避免的機械沖擊口 。

三相高壓交流異步電機的起動主要是通過在電源和電動機之間串聯(lián)限流器件來實現(xiàn)降壓起動，以確保起動過程中的性。起動方式主要有有級降壓起動和無極軟起動兩類，前者對電壓的調(diào)節(jié)是分檔的，例如串電阻、串電抗、Y-△等起動；后者對電壓的調(diào)節(jié)是連續(xù)的，例如串反向晶閘管、串開關變壓器等起動。此類軟起動通常也稱為固態(tài)軟起動，在實際設計過程中晶閘管的觸發(fā)角控制導通問題是決定此類軟起動的成敗關鍵所在。本文將利用西門子S7-200可編程邏輯控制器的靈活、實用、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能模塊化、使用方便等特點配合專門的三相移相觸發(fā)板解決軟起過程中晶閘管的觸發(fā)角控制導通問題，以及應用光纖觸發(fā)技術解決高壓隔離問題，從而有效實現(xiàn)軟起動的斜坡升壓軟起動、斜坡恒流軟起動、脈沖沖擊起動等起動方式，另外PLC還將實現(xiàn)系統(tǒng)模擬量采集、從站通訊、人機界面互動、邏輯控制等功能。 2.高壓固態(tài)軟起動工作原理

PLC控制器本身的硬件采用積木式結構，有板，數(shù)字I/O模板，模擬I/O模板，還有特殊的模板，條形碼識別模板等模塊，用戶可以根據(jù)需要采用在板上擴展或者利用總線技術配備遠程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量

手動/自動切換

　　FB58的手動/自動切換是通過參數(shù)MAN_ON來完成的，在MAN_ON為True的時候，PID處在手動工作狀態(tài)，此時，手動值通過參數(shù)MAN給出。

　　圖8 控制輸出

　　默認情況下，LMN_HLM和LMN_LLM分別是100.0和0.0，從上圖中可以看出，手動值的有效數(shù)值范圍也應該是0.0~100.0。

　　在參數(shù)MAN_ON為False的情況下，PID投入運行，控制回路處于自動工作狀態(tài)。

　　為了降低手動/自動切換過程中擾動，算法通過如下措施來實現(xiàn)無擾切換：

　　- 在自動的狀態(tài)下，比例和積分的運算結果之和會寫入到單元MAN中，這樣在由自動切換到手動的過程中不會引起控制輸出波動；

　　- 在手動的狀態(tài)下，積分項的輸出等于MAN的值減去比例項的值（偏差ER*增益Gain），而在自動狀態(tài)中，積分項是一個累計的結果，這樣在切換到自動狀態(tài)時積分項不會有太大的突變。

　　從上面的分析可以知道，F(xiàn)B58已經(jīng)集成了相應的無擾切換的功能，不需要編寫額外的程序來實現(xiàn)。

　　2.5 保存和重新裝載參數(shù)

　　保存和重新裝載控制器參數(shù)是FB58中的新功能，主要用來實現(xiàn)在多套參數(shù)之間的切換。

　　圖9 控制參數(shù)保存和重新裝載

　　從上圖中可以看出，控制參數(shù)的處理有三種方式：

　?。?）從PID_CON/PI_CON中裝載

　　要實現(xiàn)此裝載，必須滿足如下幾種條件：

　　手動控制狀態(tài)（MAN_ON=True）；

　　PID_CON.GAIN或者PI_CON.GAIN不為0；

　　LOAD_PID為1

　　如果參數(shù)PID_ON為1，則從PID_CON中裝載如下參數(shù)：

　　GAIN、TI、TD，并計算CONZONE=250.0/GAIN

　　如果參數(shù)PID_ON為0，則從PI_CON中裝載如下參數(shù)：

　　GAIN、TI、TD，并計算CONZONE=250.0/GAIN。特殊地，此時會關閉控制帶功能，即設置CON_ZONE參數(shù)為0，并讓微分參數(shù)TD設置為0.0。

　　裝載完成之后，參數(shù)LOAD_PID會自動復位。

　　值得注意的是，如果PID_CON中保存的增益參數(shù)PID_CON.GAIN為0，則自動會修改PID_ON為0，并轉(zhuǎn)而從PI_CON中獲取參數(shù)。

　　注：PID_CON/PI_CON中的參數(shù)來自于自整定過程。

　?。?）保存參數(shù)

　　保存參數(shù)可以在任何工作狀態(tài)下進行，只需設置參數(shù)SAVE_PAR為1即可?？梢詫⑷缦聟?shù)保存找PAR_SAVE結構體中：

　　PFAC_SP、GAIN、TI、TD、D_F、CONZ_ON、CON_ZONE

　　在保存結束之后，參數(shù)位SAVE_PAR會自動復位。

　?。?）重新裝載參數(shù)

　　重新裝載是“保存參數(shù)"的逆過程，但其執(zhí)行是需要條件的：

　　手動控制狀態(tài)（MAN_ON=True）；

　　PAR_SAVE.GAIN不為0；

　　參數(shù)UNDO_PAR為1。

　　在重新裝載完成之后，參數(shù)UNDO_PAR會自動復位。

　　3 高級功能

　　3.1 控制帶

　　溫度控制回路是一個有明顯滯后特性的對象，這給實際的調(diào)節(jié)過程帶來了很多的問題，顯著的困難就是在過程值偏離設定值較大時，調(diào)節(jié)過程過于緩慢，而在接近設定值時容易出現(xiàn)較大的超調(diào)。

　　從上述的兩個問題出發(fā)，PID應該滿足這樣的功能：

　　- 在偏差超過一定的范圍時，PID輸出或者小的調(diào)節(jié)量，讓溫度值快速回到一個小的范圍中，以縮短回路的調(diào)節(jié)時間；

　　- 在設定值附近時，越靠近調(diào)節(jié)量變化越小，以防止超調(diào)。

　　為此，F(xiàn)B58提供了一個“控制帶(Control Zone)"功能，其工作原理是這樣的：

　　- 當過程值PV大于設定值SP_INT，且偏差的值超過CON_ZONE，則以輸出下限LMN_LLM作為輸出值；

　　- 當過程值PV小于設定值SP_INT，且偏差的值超過CON_ZONE，則以輸出上限LMN_HLM作為輸出值；

　　- 如果偏差的值小于CON_ZONE，則以實際PID的計算結果作為輸出值。

　　圖10 控制帶（正作用情況下，即GAIN>0.0）

　　默認參數(shù)中LMN_LLM是0.0，LMN_HLM是100.0，控制帶使能位CONZ_ON是False，控制帶范圍是100.0。

　　如上圖所示的控制帶解決了在偏差較大時PID調(diào)節(jié)過于緩慢的問題，但在控制帶范圍中要避免因大滯后導致的超調(diào)，需要弱化PID的輸出，要實現(xiàn)這個功能，可以通過降低比例參數(shù)和增加微分作用。在同樣的偏差情況下，比例增益越小，PID輸出變化越緩慢。微分作用簡單來看就是通過偏差的變化量來調(diào)節(jié)，在接近設定值的過程中，溫度變化速度在逐步變慢，此時的微分作用可以起到弱化控制輸出的功能，進而達到減少超調(diào)的目的。因此，推薦控制帶在有微分作用的前提下使用。參數(shù)裝載的過程也體現(xiàn)了這一點：

　　- 如果是裝載PI_CON下的參數(shù)，因為沒有微分功能，所以會設置CONZ_ON為False。

　　在使用過程中，控制帶參數(shù)CON_ZONE應該始終設置為一個大于等于0.0的值，否則會導致PID運算結果永遠不會被執(zhí)行的故障現(xiàn)象