如圖1所示,是典型的PLC單閉環控制系統(綠框中的部分是在PLC中實現的)。
其中:
Sp(n)是給定值
Pv(n)是A/D轉換后的反饋值
Ev(n)為誤差,即ev(n)=sp(n)-pv(n)
c(t)為被控量,是連續變化的模擬量,如壓力、溫度、流量、速度等;
pv(t)為反饋量,它是標準量程的直流電流信號(如4-20mA)或直流電壓信號(如0-10V),它是被控量c(t)經由測量元件(包括傳感器和變送器)轉換而來的;
Mv(n)是控制器計算出的控制量,其經過D/A轉換后,變為mv(t),驅動執行機構動作,使得被控對象趨向于控制目標。
一、實例:爐溫閉環控制
用熱電偶檢測實時爐溫,并將其轉化為標準的電壓信號pv(t):1-5V;
反饋信號pv(t)由模擬量輸入模塊輸入,并經過A/D轉換(模-數轉換),得到與反饋溫度成比例的數字量pv(n);
CPU將其與設定值sp(n)比較,得到誤差ev(n)=sp(n)-pv(n);
控制器(PID)根據ev(n)計算出控制量mv(n),經過D/A轉換(數-模轉換)得到標準電流信號mv(t):4-20mA;
執行機構為比例閥,mv(t)控制比例閥的開度,控制燃氣的流量大小,從而實現爐溫的閉環控制。
控制器選擇為"PID控制",基本的控制邏輯是:
當爐溫c(t)低于設定值時,反饋量pv(n)小于給定值sp(n),誤差ev(n)為正,控制器的輸出量mv(t)將增大,使比例閥開度增大,燃氣流量增加,使爐溫升高,Zui終使實際溫度趨近給定值;
當爐溫c(t)高于設定值時,反饋量pv(n)大于給定值sp(n),誤差ev(n)為負,控制器的輸出量mv(t)將減小,使比例閥開度減小,燃氣流量減少,使爐溫降低,Zui終使實際溫度趨近給定值。
二、通過S7-300/400實現模擬量閉環控制
S7系列的PLC為用戶提供了多種模擬量閉環控制的方法。
1、閉環控制模塊
S7-300的FM355和S7-400的FM455是西門子提供了智能化4路、16路通用閉環控制模塊,用于化工和過程控制,模塊上帶有A/D和D/A轉換器。
2、用于閉環控制的系統功能塊
S7-300/400還提供了系統功能塊SFB41-SFB43來實現閉環控制。
SFB41:"CONT_C",用于連續控制
SFB42:"CONT_S",用于步進控制
SFB43:"PULSEGEN",用于脈沖寬度調制
3、標準PID控制軟件包
標準PID控制(Standard PID Control)軟件包提供了5個用于閉環控制的功能塊,FB41-FB43、FB58及FB59,如圖2所示。
圖2 標準PID控制軟件包
其中:
FB41-FB43與SFB41-SFB43兼容
FB58、FB59用于PID溫度控制
三、標準PID控制功能塊的使用
可以調用系統功能塊SFB41-SFB43來實現閉環控制,如果安裝了標準PID控制軟件包的話,也可以選擇該軟件包中的功能塊FB41-B43、FB58及FB59來實現PID閉環控制。
應在啟動時執行的組織塊OB100或在循環中斷(如OB35)中調用FB41-FB43。PID的采樣周期應設置為與OB35的循環時間間隔一致。
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