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6ES7 212-1AE40-0XB0
西門子觸摸屏結(jié)合西門子PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用是一種自動(dòng)控制的趨勢,。觸摸屏和PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的使用，可以讓操作者在觸摸屏中直接設(shè)定目標(biāo)值（壓力及溫度等）,，通過PLC與實(shí)際值（傳感器的測量值）進(jìn)行比較運(yùn)算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)算指令（模擬信號）,，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,。并可實(shí)時(shí)控到被控系統(tǒng)實(shí)際值的大小及變頻器內(nèi)的多個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)報(bào),、記錄等功能
西門子PLC在高壓固態(tài)軟起動(dòng)器中的應(yīng)用 摘要：先介紹了軟起動(dòng)的狀況以及高壓固態(tài)軟起動(dòng)工作原理,。通過使用西門子S7-200可編程邏輯控制編程實(shí)現(xiàn)不同起動(dòng)方式下的三相可控硅觸發(fā)角給定模擬信號，利用市場上成熟的三相晶閘管移相觸發(fā)模塊接收PLC給定的模擬信號后按照相對應(yīng)的觸發(fā)角輸出六路脈沖列,，然后通過光纖技術(shù)傳送脈沖信號觸發(fā)可控硅閥主件從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)效果,，同時(shí)也很好的解決了高壓隔離問題，本文還重點(diǎn)介紹到可控硅觸發(fā)取能問題,。 關(guān)鍵詞：軟啟動(dòng),；PLC,；晶閘管移相觸發(fā)；光纖觸發(fā) 隨著工業(yè)的快速增長，三相交流異步電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單,、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉,、體積較小,、機(jī)械性能好、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，三相交流異步電機(jī)耗電量占全發(fā)電量的30%以上。然而,， 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性卻一直不理想,。*，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的起動(dòng)電流一般為額定電流3～7倍,，可達(dá)電動(dòng)機(jī)額定電流的8倍,。這樣大的電流不僅加重了進(jìn)線、供電電網(wǎng)以及接在電動(dòng)機(jī)前面的開關(guān)電器的負(fù)荷,，而且同時(shí)出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩沖擊又會使電動(dòng)機(jī)發(fā)生猛烈的沖振,，并且也給用作動(dòng)力傳輸?shù)妮o助設(shè)備和做功的機(jī)械設(shè)備帶來不可避免的機(jī)械沖擊口 。
三相高壓交流異步電機(jī)的起動(dòng)主要是通過在電源和電動(dòng)機(jī)之間串聯(lián)限流器件來實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng),，以確保起動(dòng)過程中的性,。起動(dòng)方式主要有有級降壓起動(dòng)和無極軟起動(dòng)兩類，前者對電壓的調(diào)節(jié)是分檔的,，例如串電阻,、串電抗,、Y-△等起動(dòng)；后者對電壓的調(diào)節(jié)是連續(xù)的,，例如串反向晶閘管,、串開關(guān)變壓器等起動(dòng)。此類軟起動(dòng)通常也稱為固態(tài)軟起動(dòng),，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中晶閘管的觸發(fā)角控制導(dǎo)通問題是決定此類軟起動(dòng)的成敗關(guān)鍵所在,。本文將利用西門子S7-200可編程邏輯控制器的靈活、實(shí)用,、可靠性高,、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單,、功能模塊化,、使用方便等特點(diǎn)配合專門的三相移相觸發(fā)板解決軟起過程中晶閘管的觸發(fā)角控制導(dǎo)通問題，以及應(yīng)用光纖觸發(fā)技術(shù)解決高壓隔離問題,，從而有效實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的斜坡升壓軟起動(dòng),、斜坡恒流軟起動(dòng)、脈沖沖擊起動(dòng)等起動(dòng)方式,，另外PLC還將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬量采集,、從站通訊、人機(jī)界面互動(dòng),、邏輯控制等功能,。 2.高壓固態(tài)軟起動(dòng)工作原理
PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，有板,，數(shù)字I/O模板,，模擬I/O模板，還有特殊的模板,，條形碼識別模板等模塊,，用戶可以根據(jù)需要采用在板上擴(kuò)展或者利用總線技術(shù)配備遠(yuǎn)程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量
手動(dòng)/自動(dòng)切換
FB58的手動(dòng)/自動(dòng)切換是通過參數(shù)MAN_ON來完成的，在MAN_ON為True的時(shí)候,，PID處在手動(dòng)工作狀態(tài),，此時(shí)，手動(dòng)值通過參數(shù)MAN給出,。
圖8 控制輸出
默認(rèn)情況下,，LMN_HLM和LMN_LLM分別是100.0和0.0，從上圖中可以看出,，手動(dòng)值的有效數(shù)值范圍也應(yīng)該是0.0~100.0,。
在參數(shù)MAN_ON為False的情況下，PID投入運(yùn)行,，控制回路處于自動(dòng)工作狀態(tài),。
為了降低手動(dòng)/自動(dòng)切換過程中擾動(dòng),，算法通過如下措施來實(shí)現(xiàn)無擾切換：
- 在自動(dòng)的狀態(tài)下，比例和積分的運(yùn)算結(jié)果之和會寫入到單元MAN中,，這樣在由自動(dòng)切換到手動(dòng)的過程中不會引起控制輸出波動(dòng),；
- 在手動(dòng)的狀態(tài)下，積分項(xiàng)的輸出等于MAN的值減去比例項(xiàng)的值（偏差ER*增益Gain）,，而在自動(dòng)狀態(tài)中,，積分項(xiàng)是一個(gè)累計(jì)的結(jié)果，這樣在切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)積分項(xiàng)不會有太大的突變,。
從上面的分析可以知道，F(xiàn)B58已經(jīng)集成了相應(yīng)的無擾切換的功能,，不需要編寫額外的程序來實(shí)現(xiàn),。
2.5 保存和重新裝載參數(shù)
保存和重新裝載控制器參數(shù)是FB58中的新功能，主要用來實(shí)現(xiàn)在多套參數(shù)之間的切換,。
圖9 控制參數(shù)保存和重新裝載
從上圖中可以看出,，控制參數(shù)的處理有三種方式：
（1）從PID_CON/PI_CON中裝載
要實(shí)現(xiàn)此裝載,，必須滿足如下幾種條件：
手動(dòng)控制狀態(tài)（MAN_ON=True）,；
PID_CON.GAIN或者PI_CON.GAIN不為0；
LOAD_PID為1
如果參數(shù)PID_ON為1,，則從PID_CON中裝載如下參數(shù)：
GAIN,、TI、TD,，并計(jì)算CONZONE=250.0/GAIN
如果參數(shù)PID_ON為0,，則從PI_CON中裝載如下參數(shù)：
GAIN、TI,、TD,，并計(jì)算CONZONE=250.0/GAIN。特殊地,，此時(shí)會關(guān)閉控制帶功能,，即設(shè)置CON_ZONE參數(shù)為0，并讓微分參數(shù)TD設(shè)置為0.0,。
裝載完成之后,，參數(shù)LOAD_PID會自動(dòng)復(fù)位。
值得注意的是,，如果PID_CON中保存的增益參數(shù)PID_CON.GAIN為0,，則自動(dòng)會修改PID_ON為0，并轉(zhuǎn)而從PI_CON中獲取參數(shù),。
注：PID_CON/PI_CON中的參數(shù)來自于自整定過程,。
?。?）保存參數(shù)
保存參數(shù)可以在任何工作狀態(tài)下進(jìn)行，只需設(shè)置參數(shù)SAVE_PAR為1即可,?？梢詫⑷缦聟?shù)保存找PAR_SAVE結(jié)構(gòu)體中：
PFAC_SP、GAIN,、TI,、TD、D_F,、CONZ_ON,、CON_ZONE
在保存結(jié)束之后，參數(shù)位SAVE_PAR會自動(dòng)復(fù)位,。
?。?）重新裝載參數(shù)
重新裝載是“保存參數(shù)"的逆過程，但其執(zhí)行是需要條件的：
手動(dòng)控制狀態(tài)（MAN_ON=True）,；
PAR_SAVE.GAIN不為0,；
參數(shù)UNDO_PAR為1。
在重新裝載完成之后,，參數(shù)UNDO_PAR會自動(dòng)復(fù)位,。
3 高級功能
3.1 控制帶
溫度控制回路是一個(gè)有明顯滯后特性的對象，這給實(shí)際的調(diào)節(jié)過程帶來了很多的問題,，顯著的困難就是在過程值偏離設(shè)定值較大時(shí),，調(diào)節(jié)過程過于緩慢，而在接近設(shè)定值時(shí)容易出現(xiàn)較大的超調(diào),。
從上述的兩個(gè)問題出發(fā),，PID應(yīng)該滿足這樣的功能：
- 在偏差超過一定的范圍時(shí)，PID輸出或者小的調(diào)節(jié)量,，讓溫度值快速回到一個(gè)小的范圍中,，以縮短回路的調(diào)節(jié)時(shí)間；
- 在設(shè)定值附近時(shí),，越靠近調(diào)節(jié)量變化越小,，以防止超調(diào)。
為此,，F(xiàn)B58提供了一個(gè)“控制帶(Control Zone)"功能,，其工作原理是這樣的：
- 當(dāng)過程值PV大于設(shè)定值SP_INT，且偏差的值超過CON_ZONE,，則以輸出下限LMN_LLM作為輸出值,；
- 當(dāng)過程值PV小于設(shè)定值SP_INT，且偏差的值超過CON_ZONE,，則以輸出上限LMN_HLM作為輸出值,；
- 如果偏差的值小于CON_ZONE,，則以實(shí)際PID的計(jì)算結(jié)果作為輸出值。
圖10 控制帶（正作用情況下,，即GAIN>0.0）
默認(rèn)參數(shù)中LMN_LLM是0.0,，LMN_HLM是100.0，控制帶使能位CONZ_ON是False,，控制帶范圍是100.0,。
如上圖所示的控制帶解決了在偏差較大時(shí)PID調(diào)節(jié)過于緩慢的問題，但在控制帶范圍中要避免因大滯后導(dǎo)致的超調(diào),，需要弱化PID的輸出,，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，可以通過降低比例參數(shù)和增加微分作用,。在同樣的偏差情況下,，比例增益越小，PID輸出變化越緩慢,。微分作用簡單來看就是通過偏差的變化量來調(diào)節(jié)，在接近設(shè)定值的過程中,，溫度變化速度在逐步變慢,，此時(shí)的微分作用可以起到弱化控制輸出的功能，進(jìn)而達(dá)到減少超調(diào)的目的,。因此,，推薦控制帶在有微分作用的前提下使用。參數(shù)裝載的過程也體現(xiàn)了這一點(diǎn)：
- 如果是裝載PI_CON下的參數(shù),，因?yàn)闆]有微分功能,，所以會設(shè)置CONZ_ON為False。
在使用過程中,，控制帶參數(shù)CON_ZONE應(yīng)該始終設(shè)置為一個(gè)大于等于0.0的值,，否則會導(dǎo)致PID運(yùn)算結(jié)果永遠(yuǎn)不會被執(zhí)行的故障現(xiàn)象