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 西门子S7-300/400   四大常用闭环控制模块简介

1、FM 355 闭环控制模块
     FM 355 有4个闭环控制通道，用于压力、流量、液位等控制，有优化温度控制算法和PID算法。FM 355C 是有4个模拟量输出断的连续控制器，FM 355 S 是有8个数字量输出点的步进或脉冲控制器。CPU停机或出现故障后FM 355 人能继续运行，控制程序存储在模块中。
     FM 355 的4个模拟量输入端用于采集模拟量数值和前馈控制值，附加的一个模拟量输入端用于热电偶的温度补偿。可以使用不同的传感器，例如热电偶、Pt100热电阻、电压传感器和电流传感器。FM 355 有4个单独的闭环控制通道，可以实现定制控制、串级控制、比例控制和3分量控制，几个控制器可以集成到一个系统中使用。有自动、手动、安全、跟随、后背这几种操作方式。12为分辨率时的采样时间为20~100ms，14位分辨率时为100~500ms。
     自优化温度控制算法存储在米快中，当设定点变化大于12%时自动启动自由化；可以使用组态软件包对PID控制算法进行优化。
     CPU有故障或CPU停止运行是控制器可以独立地继续控制。为此在：“后备方式”功能中设置了可调的安全设定点或安全调节变量。可以读取和修改模糊温度控制器的所有参数，或在线修改其他参数。

2、FM 355-2 闭环控制模块
   FM 355-2 是适用于温度闭环控制的4通道闭环控制模块，可以方便实现在线自动化温度控制，包括加热、冷却控制，以及加热、冷却的组合控制。FM 355-2C 是有4个模拟量输出端的连续控制器，FM 355-2S 是有8个数字量输出端的步进或脉冲控制器。CPU停机或出现故障后FM 355-2 仍能继续运行。

3、FM 455 闭环控制模块
     12位分辨率使得采样时间为20~180ms,14位时100~1700ms(与实际使用的模拟量输入的数量有关)，有16点数字量输入。

4、FM 458-1DP 应用模块
     FM 458-1DP是为自由姿态闭环控制设计的，又包含300个功能块的库函数和CFC连续功能图图形化组态软件，带有PROFIBUS-DP接口。
     FM 458-1DP的基本模块可以执行计算、开环和闭环控制，通过扩展模块可以对I/O和通信进行扩展。
     EXM 438-1 I/O扩展模块是FM458-1DP 的可选插入式扩展模块，用于读取和输出有时间要求的信号。有数字量/模拟量输入/输出模块，可连接增量式和式编码器，有4个12位模拟量输出。
EXM 448 通信扩展模块是FM 458-1DP 的可选插入扩展模块。可以使用PROFIBUS-DP或SIMOLINK进行高速通信，带有一个备用插槽，可以插入MASTERDRIVES可选模式、用于建立SIMOLINK光纤通信。
FM 458-1DP 还有一些附件接口模块，包括数字量输入、数字量输出和程序存储模块。

变频器矢量控制的原理和特点

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。
　　基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性*，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。
　　无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。

飞锯PLC控制系统实验系统构成

一、实验目的

用PLC构成飞锯自控系统。

二、实验设备

YX-80系列PLC实训装置，

FX-20P手持编程器，或个人计算机(WINDOW ), SC-09编程线缆、FX-PCS/WIN编程环境

自控飞锯实验板

连接导线一套。

自控飞锯实验板的板的输入输出端子为特殊设计的端子，其功能为，当输出端M1为ON时，BV自动产生脉冲信号，模拟测量电动机转速的光码盘信号。当SQ1给出信号(发光管亮)表示允许飞锯切割钢管，SQS发光管亮表示飞锯完成了钢管的切割，飞锯抬起。SQ2发光管亮表示钢管的夹具可松夹，SQ3发光管亮表示小车可返回，液压阀SYA作用(发光管亮)使小车返回。SQ4亮表示小车没有返回，系统出现故障给出报警信号，即对应的报警发光管亮，整个系统出现停止状态。故障排除后，重新启动系统时，必须先按复位按钮，使电路从锁住状态恢复恢复正常状态。电磁阀4YA发光亮表示夹具紧钢管，3YA发光管亮表示夹具松夹，电磁阀lYA发光管亮表示下锯，2YA发光管亮表示飞锯抬起。电动机M1发光管亮表示送入钢管，电动机M2发光管亮表示飞锯旋转运行。

三、实验内容

1、控制要求

(1)初始状态

电动机M1和M2为OFF，电磁阀3YA和4YA为OFF,夹具处于松开状态，lYA和2YA为OFF，飞锯处于抬起状态，液压阀SYA为OFF,小车处于原始位置。

(2)启动操作

按下启动按钮，开始下列操作:

    ①电动机M2运转后M1运转，即飞锯旋转后再送入钢管。

    ②当钢管长度达到预定要求时(例如6m)，电磁阀4YA为ON，夹具夹紧钢管，带动小车和飞锯一起向前运行。

    ③当小车运行到SQ1位置时，SQ1为ON，电磁阀lYA为OFF，下锯切割钢管，完成钢管切割时，SQS为ONo

    ④当小车到达SQ2位置时，SQ2为ON，同时lYA为OFF,  2YA为ON飞锯抬起，随后2YA为OFF o

    ⑤当到达SQ3的位置时， SQ3为ON，同时电磁阀4YA为OFF,  3YA为ON夹具松开。同时液压阀SYA为ON使小车返回到原来位置，随后3YA,  SYA又恢复为OFF。

⑥如果小车没有返回继续向前运行，当到达SQ4位置时，SQ4为ON，表示系统出现故障发报出报警信号，同时整个系统停止在当前状态下。

⑦如果不是按着上述控制要求运行，都要发出报警信号停止运行。例如3YA,4YA同时为ON,  4YA,  SYA同时为ON,  S04为ON等。

(3)停止操作

按下停止键后，所有的输出均匀为OFF，停止操作。

3 、 I/O口分配表;

3、根据上述控制要求，编制系统控制程序，调试并运行程序

四、编程练习

    根据下面的两种控制要求分别编制自控飞锯系统的控制程序，并上机调试运行。

    ①控制要求同1、但增加每月切割钢管数的统计功能。

    ②采用2位拨码器输入，作为由外部设定钢管长度和数量进行切割。

    ③根据钢管传送的速度修正电磁阀4YA为ON的动作时刻，确保切割钢管长度的精度，编制程序。

提示:在刚管切割的过程中，切割钢管的长度会产生误差，其原因是由于电磁阀的动作速度是一定的，而电动机M1的运转速度是可变的，即钢管的传送速度是不定的，当M1运转的快就必须保证电磁阀4YA为ON有一个提前量，而M1运转的慢，4YA为ON就应有一个延迟量，这样才能确保切割钢管长度的精度，减少误差。在编程时必须考试这一因素。

工业控制中使用PLC取代继电器控制 PLC的分类

简介： 在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了*的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被*淘汰，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想.

一、控制继电器存在的缺点

　　今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

二、可编程序控制器的优势、特点及功能

　　可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。

１、顺序控制

　　顺序控制是PLC最基本、应用较广泛的领域。所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以*取代传统的继电器接触器控制系统。它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁伐的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等。例如我分厂的原料混料系统就是利用了PLC的顺序控制功能。

２、闭环过程控制

　　以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的PID模拟调节器来实现开、闭环控制。而现在*可以采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复杂的控制和*的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等。

３、运动位置控制

　　PLC可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动位置控制，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中。

４、生产过程的监控和管理

　　PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界面（HMI）是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。

５、网络特性

　　PLC可以实现多台PLC之间或多台PLC与一台计算机之间的通讯联网要求，从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络。

　　(1)  通过通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控。

　　(2)  通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对控制系统进行远距离监控。

  结束语

　　可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的将可编程控制器成功地应用到机械、冶金、石油、化工、纺织、交通、电力、军事等各个领域，并取得了可观的技术济济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界*水平，它已与数控技术    、CAD／CAM技术、工业机器人技术并列为工业自动化技术的四大支柱。

设计PLC控制系统时的故障防范

 在现代化的工业生产中，大量采用了可编程序控制系统，可编程序控制器能在恶劣的工作环 境下正常工作，但其构成的控制系统由于设计、安装、干扰等因素有时会出现故障。有些问 题是在系统设计时考虑不周造成的。根据实践中的经验和教训，本文阐述可编程序控制系统 设计时应注意的问题。

1、一个系统中使用的成熟技术至少应占到75%以上

“成熟技术”一是经过一定的生产实践考验的可编程控制器产品或类似设计，或者确定能在未来的生产实践中，经得起考验；二是设计工作人员对于需要使用的技术要有经验或有掌握它的能力。设计与配置一个可编程序控制系统选用的技术与设计方案切实可行。因为一个生产过程控制系统，一旦做出来，要长久使用下去，难以找到机会反复修改。设计的硬件系 统和编程软件，其中某些缺欠，可能一直隐藏在已完成的系统中。若遇到发生破坏作用的条件，后果难以预料。

2、系统的硬件结构和网络要简明而清晰

硬件结构不要追求繁琐，网络组态不要追求交叉因素太多，要力求使用可编程序控制器自 身配置的组网能力。在组成I/O机箱配套的模板时，建议型号简单，力求*，模板密度不宜过大。使用的结线点不宜过多，从目前机箱的制造和配线工艺来看，输入与输出配线密度不能太高。

3、控制系统的功能和管理系统的功能应严格划分界限

由于可编程序控制器组成的过程控制系统中的实时性要求很高，而网络通信是允许暂时失 去通信联系，过后自己能重新恢复，但是在重新恢复之前这一间隔时间可编程序控制器会处于失控。另外，在用多个可编程序控制器系统组成一个大系统时，对于主控制的关键命令，除了使用可编程序控制器自身的网络通信传送它的信息外，有使用它的I/O点做成的硬件联 锁，特别是两者之间“急停”的处理；虽然两个系统都在自身的通信扫描中互相变换着“停 止”或“急停”命令，但因一方在急停故障时已经停止运行，另一方并未收到已停止的信息 而照常运行，其后果难测。可编程序控制器控制系统关键的“急停”应先切除执行机构的电源，然后将其信号送入可编程序控制器，这样可取得设备安全保护的时间。

4、可编程序控制器的程序要简明且可读

用户软件的编写是“平铺直叙”，用户软件可看成是一个有序的“黑盒子”系列，每个“ 黑盒子”按照结构化语言划分，可分为几种典型的语句。每个语句方式、手法可能十分单调 ，但一定要明确。在设计与编写这些语句时，若使用不易推理的逻辑关系太多，或者语 句因素太多，特殊条件太多，就会使人阅读这些语句时十分难懂。因此，一个可编程控制器 的用户软件的可读性，即编写的软件能为大多数人读懂，能理解可编程控制器在执行这个语 句时，“发生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能单一而流畅，这是软件在使用和维护时的重要条件。

5、可编程序控制系统在硬件和软件上的预置，有运行检测的关键监视条件

可编程序控制系统配置了彩色图形工作站/屏幕监视，但从价格及反映现场状态的时间来看，屏幕监视尚不方便。关键的故障，或者在关键的机械设备附近，可配置一些指示灯，它们可以用数字量输出做成，用来监视程序的正常运行，或用来调试程序，在指示灯旁配以功能标牌，可帮助操作人员确认可编程序控制系统的正常运行和及时反映故障。

6、设计大中型可编程序控制系统时不要耗尽它的硬件和软件资源

对于设计的新系统，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在软件编制时，同样要估计用户软件对计算机资源的需要与用量。尤其对中间继电器，计数器/定时器的使用，要留有余地 。因为在调试和运行后，软件总会被修改、补充，甚至重新编制。已编制的软件让人无法修改和完善，在工程上是不实际的。

7、合理地配置可编程序控制器系统的冗余

可编程序控制系统可能做出多种方式的冗余，中央处理器的双机热备、冷备冗余是常见的方式。另外，双系统冗余，即中央处理器和全部的输入、输出、组网通信*冗余，其价格和实用性虽然在许多工程项目中难以被人接受，但在有毒、有害的化工生产环境这种冗余很有必要。在设计系统中，要使配置冗余方式较为经济而又实用，力求使故障缩小在本设备身上。不要因某一设备发生故障，引起工艺流程中相关设备运行或状态受到冲击。

以上阐述的几个方面，是在可编程序控制系统总体方案设计时，要格外重视的问题，只有在设计系统时，考虑周到，系统投入运行之后，设计人员才能少些遗憾。

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