西门子OP012主板不启动维修

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闭环控制必须保证系统是负反馈（误差=给定值-反馈值），而不是正反馈（误差=给定值+反馈值）。如果系统接成了正反馈，将会失控，被控量会往单一方向增大或减小，给系统的安全带来*的威胁。

    闭环控制系统的反馈极性与很多因素有关，例如因为接线改变了变送器输出电流或输出电压的极性，改变了某些位置传感器的安装方向，都会改变反馈的极性。

    可以用下述的方法来判断反馈的极性：在调试时断开D/A转换器与执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。如果控制器中有积分环节，因为反馈被断开了，不能消除误差，这时D/A转换器的输出电压会向一个方向变化。这时如果假设接上执行机构，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。

    以温度控制系统为例，假设开环运行时给定值大于反馈值，若D/A转换器的输出值不断增大，如果形成闭环，将使电动调节阀的开度增大，闭环后温度反馈值将会增大，使误差减小，由此可以判定系统是负反馈。

  由于给定输入信号或扰动输入信号的变化，系统的输出量达到稳态值之前的过程称为过渡过程或动态过程。系统的动态性能常用阶跃响应（阶跃输入时输出量的变化）的参数来描述。阶跃输入信号在t=0之前为0，t>0时为某一恒定值。

    输出量*次达到稳态值的时间f，称为上升时间（见图8-3），上升时间反映了系统在响应初期的快速性。

    系统进入并停留在稳态值c(∞)上下±5%（或2%）的误差带内的时间ts称为调节时间，到达调节时间表示过渡过程已基本结束。

    设动态过程中输出量的大值为Cmax(t)，如果它大于输出量的稳态值c(∞)，定义超调量为

超调量反映了系统的相对稳定性，它越小动态稳定性越好，一般希望超调量小于10%。

    系统的稳态误差是进入稳态后的期望值与实际值之差，它反映了系统的稳态精度。

变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号，例如DC 0～10V和4~20 mA。变送器分为电流输出型和电压输出型，电压输出型变送器具有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高，例如100kΩ~10MΩ。如果变送器距离PLC较远，线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1μA干扰电流在10MΩ输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远程传送模拟量电压信号时抗*力很差。

    电流输出具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC的模拟量输入模块输入电流时，输入阻抗较低（例如250Ω）。线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适于远程传送。

    电流传送比电压传送的传送距离远得多，S7-300/400的模拟量输入模块使用屏蔽电缆信号线时允许的大距离为200m。

    变送器分为二线制和四线制两种，四线制变送器有两根信号线和两根电源线。二线制变送器（见图8-2）只有两根外部接线，它们既是电源线，也是信号线，输出4~ 20mA的信号电流，DC 24V电源串接在回路中，有的二线制变送器通过隔离式安全栅供电。通过调试，在被检测信号量程的下*输出电流为4mA，被检测信号满量程时输出电流为20mA。二线制变送器的接线少，信号可以远传，在工业中得到了广泛的应用。

    图8-2    二线制变送器

 某些PID控制器用数字量输出点输出脉冲，可以用SFB 43来产生脉冲输出。

    (1)二级控制器

    二级控制器( Two-Step Controller)用一个数字量输出点输出两个相反的输出状态，例如开关的接通和断开。典型控制为通过数字量输出的脉冲宽度调制信号对加热系统的控制。

    (2)三级控制器

    三级控制器( Three-Step Controller)用两个数字量输出点输出两路性质相反的脉冲信号，例如电动机的正转和反转，将它们送给积分式执行机构，例如用来调节阀门的开度。

    典型的PLC模拟量闭环控制系统如图8-1所示，点划线中的部分是用PLC实现的。

    图8-1    PLC模拟量闭环控制系统框图

    在模拟量闭环控制系统中，被控量c(t)（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，大多数执行机构（例如电动调节阀和变频器等）要求PLC输出模拟信号mv(t)，而PLC的CPU只能处理数字量。c(t)首先被测量元件（传感器）和变送器转换为标准量程的直流电流信号或直流电压信号pv(t)，例如4~20mA和0~10V的信号，PLC用模拟量输入模块中的A/D转换器将它们转换为数字量pv(n)。

    模拟量与数字量之间的相互转换和PID程序的执行都是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期Ts。各数字量括号中的n表示该变量是第n次采样计算时的数字量。

    图8-1中的sp(n)是给定值，pv(n)为A/D转换后的反馈量，误差ev(n)=sp(n)-pv(n)。

    D/A转换器将PID控制器输出的数字量mv（n）转换为模拟量（直流电压或直流电流）mv(t)，再去控制执行机构。

    例如在加热炉温度闭环控制系统中，用热电偶检测炉温，温度变送器将热电偶输出的微弱的电压信号转换为标准量程的电流或电压，然后送给模拟量输入模块，经A/D转换后得到与温度成比例的数字量，CPU将它与温度设定值比较，并按某种控制规律（例如PID控制算法）对误差值进行运算，将运算结果（数字量）送给模拟量输出模块，经D/A转换后变为电流信号或电压信号，用来控制电动调节阀的开度，通过它控制加热用的天然气的流量，实现对温度的闭环控制。c(t)为系统的输出量，即被控量，例如加热炉中的温度。

    模拟量控制系统分为恒值控制系统和随动系统。恒值控制系统的给定值由操作人员提供，一般很少变化，例如温度控制系统，转速控制系统等。随动控制系统的输入量是不断变化的随机变量，例如电动调节阀的开度控制系统就是典型的随动控制系统。

    闭环负反馈控制可以使控制系统的反馈量pv(n)等于或跟随给定值sp(n)。以炉温控制系统为例，假设输出的温度值c(t)低于给定的温度值，反馈量pv(n)小于给定值sp（n），误差ev(n)为正，控制器的输出量mv(t)将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，终使实际温度接近或等于给定值。

    天然气压力的波动、工件进入加热炉，这些因素称为扰动量，它们会破坏炉温的稳定。闭环控制可以有效地抑制闭环中各种扰动的影响，使被控量趋近于给定值。

    闭环控制系统的结构简单，容易实现自动控制，因此在各个领域得到了广泛的应用。

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