第十章 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用

1、第十章第十章 PLC在模擬量閉環(huán)控制在模擬量閉環(huán)控制中的應用中的應用 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及其應用及其應用 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)行機構被控對象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換為標準量程的電流或電壓，然后送給模擬量輸入模塊，經A/D轉換后得到與溫度成比例的數字量，CPU將它與溫度設定

2、值比較，并按某種控制規(guī)律（例如PID控制算法）對誤差進行運算，將運算結果（數字量）送給模擬量輸出模塊，經D/A轉換后變?yōu)殡娏餍盘柣螂妷盒盘?，用來控制電動調節(jié)閥的開度，通過它控制加熱用的天然氣的流量，實現對溫度的閉環(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 復雜控制系統(tǒng)的結構 （1）級聯(lián)控制級聯(lián)控制又稱串級控制，兩個控制器串行連接，第一個控制器（主控制器）的輸出SP2是伺服控制器的設定值 主控制器的給定值為SP1，反饋值為PV1，它調

3、整SP2，以便盡可能快地使過程變量PV1在沒有超調的情況下達到設定值。以電動調節(jié)閥為執(zhí)行機構的控制系統(tǒng)就是一個級聯(lián)控制系統(tǒng)。電動調節(jié)閥有一個位置隨動系統(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定值SP按一定的比例分配給各控制組件，各混合系數之和應為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、個過程變量之間的比例比控制它們的絕對數值更重要，例如控制兩臺需要同步的設備的速度，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1PV（4）多閉環(huán)比例控制器多閉環(huán)比例控制器使兩個過程變量PV1和PV2之比保持為常數。為此用第1個控制閉環(huán)的過程量PV1來計算第2個控制閉環(huán)的設定值。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1PV控制器2過程22LMN 3 數字PID控制器 PID控制器是應用最廣的閉環(huán)控制器，有人估計現在有90%以上的

5、閉環(huán)控制采用PID控制器。這是因為PID控制器具有不需要被控對象的數學模型、結構簡單容易實現、有較強的靈活性和實用性、使用方便等特點。 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現數字式模擬量閉環(huán)控制。在不改變現有設備組成的情況下，我們選擇了使用閉環(huán)控制專用的系統(tǒng)功能塊的方法來實現閉環(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)功能塊實現閉環(huán)控制。 10.2 SFB4110.2 SFB41及其應用及其應用 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，需要有一個水泵以不同的速度通過水箱的進水管向水箱供水。假設供水系統(tǒng)的設定值為滿水位的75%，調節(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。這個模擬量的范圍為0.01.0，分辨率為1/32000。 由于水泵的機械慣性比較大，故系統(tǒng)決定采用PI控制，初步確定的控制參數為：比例增益0.25，采樣周期=0.2s，積分時間=20分鐘。第一步先建立項目，在S7-300中，可以在OB35中編寫SFB41的控制程序，先根據事先定好的采樣周期設置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背景數據塊的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”參數更改為T#200MS，“TI”參數更改為T#20M，如圖10-10所示。圖10-9 符號表圖10-10 設置采樣周期及積分時間在OB100中進行初始化，如圖10-11所示。 圖10-11 初始化程序O