文档介绍：第十章 PLC在模拟量闭环控制中的应用
模拟量闭环控制的基本概念
SFB41及其应用
模拟量闭环控制的基本概念
1、模拟量单闭环控制系统的组成
PLC模拟量闭环控制系统方框图
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。为系统的输出量,即被控量,例如加热炉中的温度。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。
2 复杂控制系统的结构
(1)级联控制
级联控制又称串级控制,两个控制器串行连接,第一个控制器(主控制器)的输出SP2是伺服控制器的设定值
主控制器的给定值为SP1,反馈值为PV1,它调整SP2,以便尽可能快地使过程变量PV1在没有超调的情况下达到设定值。
以电动调节阀为执行机构的控制系统就是一个级联控制系统。电动调节阀有一个位置随动系统,图10-2中的PV2是阀门的开度,即阀芯的位置。通过辅助回路的调节作用,阀门的开度与主控制器的输出量SP2成正比。
级联控制器
(2)混合控制器
混合控制器总的设定值SP按一定的比例分配给各控制组件,各混合系数之和应为1,例如图4-11中的FAC1 + FAC2 + …+ FAC4 = 1。
图10-3 混合控制器
(3)单闭环比例控制器
对于某些控制系统来说,控制两个过程变量之间的比例比控制它们的绝对数值更重要,例如控制两台需要同步的设备的速度,可以使用图10-4中的单闭环比例控制器。
图10-4 单闭环比例控制器
(4)多闭环比例控制器
多闭环比例控制器使两个过程变量PV1和PV2之比保持为常数。为此用第1个控制闭环的过程量PV1来计算第2个控制闭环的设定值。在过程变量PV1动态变化的过程中也能保证PV1与PV2之间保持设定的比例。如图10-5所示。
图10-5多闭环比例控制器
3 数字PID控制器
PID控制器是应用最广的闭环控制器,有人估计现在有90%以上的闭环控制采用PID控制器。这是因为PID控制器具有不需要被控对象的数学模型、结构简单容易实现、有较强的灵活性和实用性、使用方便等特点。
在S7-300/400中可以通过使用闭环控制模块、使用闭环控制专用的系统功能块和使用闭环控制软件包等三种方式来实现数字式模拟量闭环控制。在不改变现有设备组成的情况下,我们选择了使用闭环控制专用的系统功能块的方法来实现闭环控制。使用连续PID控制器SFB41、脉冲发生器SFB43、步近PI控制器SFB42等系统功能块实现闭环控制。
SFB41及其应用
SFB41使用举例
某水箱里的水以变化的速度从水箱的出水口流出,为了保持一定的水位,需要有一个水泵以不同的速度通过水箱的进水管向水箱供水。假设供水系统的设定值为满水位的75%,调节量为水位。过程变量是来自水位表的单极性模拟量,用来控制水泵速度。~,分辨率为1/32000。
由于水泵的机械惯性比较大,故系统决定采用PI控制,初步确定的控制参数为:,采样周期=,积分时间=20分钟。
第一步先建立项目,在S7-300中,可以在OB35中编写SFB41的控制程序,先根据事先定好的采样周期设置OB35的执行周期(如图10-8所示)。
图10-8 改变OB35的循环周期