吉林西门子S7-1200PLC模块代理（欢迎您）

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西门子S7-300 PLC在包装机同步控制系统中的模糊PID控制

    由于该包装机生产线比较复杂，切刀、凸轮等不规则器件比较多。所以每次停车这些器件所处的位置都不一样。从而导致再次开车时的负载不尽相同。例如停机停在切刀的刀口处时，开机时的负载就比平时大，反之则小。而通常的PID控制算法针对恒负载对象，其参数一旦整定好就固定不变。对于这条生产线，若采用传统PID控制器就难以满足工艺要求，而且整定出的参数只能是针对包装机某次停车时的负载，并不能使得全局。为此，通过反复摸索和试验，采用模糊控制技术与PID控制相结合的控制思想（即所谓的模糊PID控制算法），用于对电动机转速的准确控制，收到比较满意的控制效果。

模糊PID控制器是一种在常规PID控制器的基础上，应用模糊集合理论建立参数并通过查表的方法，以实现对于不同的误差和误差变化率在线调整比例、积分和微分系数，使其根据对象的变化而变化以满足工业控制的要求。由于模糊PID可以根据实际被控对象的变化，通过其规则库不断地自动整定PID参数，因此可以解决本套设备负载变化较大的问题。为此选用增量式旋转编码器与变频器形成闭环控制，PLC通过PROFIBUS-DP总线从变频器速度通信口上读取实际转速，并与给定转速比较产生误差|e|，误差变化率|ec|，模糊推理机通过误差和误差变化率得出新的比例、积分和微分系数，再经过PROFIBUS-DP修改变频器的PID参数以实现模糊PID控制。

    对于模糊控制规则的制定，需要以实际的工程经验为依据，对于不同的|e|和|ec|，被控对象对参数Kp、Ki和Kd有不同的要求。

根据实际的工程经验得出的、不同负载下的PID参数为依据，建立数据块(DBl)，PLC通过查表的方式，根据模糊化后的不同的误差和误差变化率：按照规则If |e| is A and|ec| is B，then Kpis c，Kiis D，Kd isE（其中A和B为实际转速与给定转速的比较值，C、D、E为新的PID参数）。从DB1中找出新负载下的PID参数。通过西门子功能块SFC 15 DPWR-DAT（写参数功能块），将整定后的PID参数写入到变频器中，达到优化控制，满足工业要求。其流程如图7-21所示。

图7-21  模糊算法流程图

    在该系统中，由于控制精度要求较高。因此电动机速度必须从通信口给定，这样控制精度可以达到两万分之一，选用PROFIBUS-DP作为通信媒介。

    以糊口操作台为主站，印刷操作台、5台变频器为从站，分别设置不同的站地址，使得PLC和变频器、操作台之间建立主、从关系。由于CPU313C-2DP有自带的DP通信口，因此触摸面板可以通过PROFIBUS-DP与PLC进行通信，即从触摸面板输入工艺参数，由TP270B经过MPI口传递给PLC，PLC经过数据运算处理，通过PROFIBUS-DP将数据发送给各个变频器来控制各电动机转速。PLC再从变频器、温度变送器等采集有关数据，通过计算传给TP270B进行显示。

电源控制程序不在工艺控制程序中调用，和工艺控制程序一样，通过在监控画面中任意对象“属性”一“几何”处组态C动作来实现电源的控制，该动作调用编写好的电源控制项目函数并由图7-17所示的“调节电流”信号触发。电源也可以单独运行，在“手动”状态下工人可以在监控界面中输入电流设定值，并单击“电流调节”按钮，就可以实现电源单独控制。电源控制的关键是要大幅度减小因电源电动机转动惯性引起的电流超调、提高控制精度，通过采集该电源电流全程输出过程中的电流特性曲线得知，系统的动态响应过程呈现非线性特性，如直接采用直线函数近似全过程，输出电流的精度远远不能满足工艺的要求，为此采用分段线性控制策略，在每一个线性段内电源电动机转动近似匀速且在该段内由电动机惯性引起的电流超调值近似相等。通过实验可以采集每个段内的电流超调值，这样就可以计算出精确的电流调制时间，利用时间的控制实现电流的精确控制。由采集的数据计算出的5个分段点的数据，如表7-5所示，其中t(i)表示电流从0上升到Y(i)时的时间。通过实验可以采集到每个近似线性段内的电流超调量，这里记为Y(i)。

表7-5分段线性段点记录

在电流上升调节的过程中，首先判断电流设定值Ys所在的分段区间(y(i)，Y(i+1)），从理论上说，电流调节时间t等于设定值YS所在区间的低段点的时间值t(i)加上分段区间内按线性模型计算出的时间，再减去电流从0上升至当前电流值Ye所对应的时间，考虑到电源电动机的惯性，实际调节时应将设定值减去超调值(即Ys= Ys- Y(i)），由此确定的电流上升过程分段线性脉宽模型为：

式中  t(k)——当前电流值Ye所在分段区间(y(k)，y(k+1))的低段点所对应的时间值；

    △t(i)——设定电流值所在分段区间的时间差；

    △t(k)——当前电流所在分段区间的时间差。

    对于电流下降过程也需要通过分析采集数据以建立同样的模型。电源控制流程，如图7-18所示。

本系统采用WinCC组态软件和S7-300系列PLC作为恢复深孔电镀系统自动控制的工具，不仅缩短了工程的开发和维护周期，提高了系统的可靠性和稳定性，并节省了工程的开发费用。系统投入运行后大大减轻了工人的工作量且产品合格率高，受到用户的好评。

  DP主站对分配给它的DP从站循环寻址，S7通信可能导致循环间隔的时间不同。可以启用“具有恒定总线循环时间的总线循环”以取得相同的时间间隔，这样就会确保以相同的（恒定总线循环时间）间隔来进行数据传输。

    在DP循环时间非常短的情况下，可能会出现用户程序的运行时间大于短循环的情况，在此情况下，必须手动增加自动计算出的DP循环时间。

  总线参数可控制总线上的传输操作，总线上每个设备的总线参数必须和其他设备的相同，PROFIBUS子网才能正常工作而不出现问题。因此，只有在熟悉如何组态PROFIBUS总线配置文件时，才能更改总线配置文件中参数的默认值。

    (1)激活总线参数的周期性分配

    如果在“监视”( Inspector)窗口中所选PROFIBUS子网的“总线参数”(Bus parame ters)下面勾选了复选框“激活总线参数的周期性分配”f Activate cyclical distribution of busparameters)，则支持此功能的模块会在运行过程中周期性地发送总线参数.

    激活总线参数的周期性分配可以为很多操作提供方便，例如，通过这种方式可更容易地在运行期间将编程设备连接到PROFIBUS。但是，应该在以下情况下禁用该功能：

    1) PROFIBUS子网处于恒定总线循环时间模式时（小化总线周期）。

    2)在PROFIBUS子网中连接了第三方设备，该子网的协议将DSAP 63( Destination Service Access Point)用于组播方式。

    (2) PROFIBUS子网总线配置文件的总线参数

    PROFIBUS子网总线配置文件的总线参数以及参数的取值范围见表7-9。

    (3)用户自定义总线配置文件

    可使用以下设置创建用户自定义的总线配置文件：

    1)小目标轮询时间( Ttr)=5000x HSA（主动设备的高PROFIBUS地址）。

    2)小看门狗( Watchdog)=6250x HAS

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