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西門子PLC模塊控制器CPU1516-3 PN/DP       西門子PLC模塊控制器CPU1516-3 PN/DP

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受控系統：

通過加熱系統控制室溫是受控系統的一個簡單示例。 傳感器測量室溫并將溫度值傳送給控制器。 控制器將當前室溫與設定值進行比較，并計算加熱控制的輸出值（調節變量）。

如果 PID 控制器的設置正確，則會盡快達到此設定值，然后使其保持為常數值。 輸出值更改后，過程值通常僅隨時間延遲而變化。 控制器必須針對此響應進行補償。

執行器

執行器是受控系統元件，受控制器影響。 其功能是修改質量和能量流。

下表概述了執行器的應用。

執行器分為以下幾種：

• 帶有恒定起動信號的比例執行器

  這些元件用于設置開啟角度、角位置，或與輸出值成比例的位置。 輸出值在控制范圍內會對過程產生模擬量作用。

  此組中的執行器包括彈簧支撐的氣動驅動器，以及構成位置控制系統的帶位置反饋的電動驅動器。

  連續控制器（如 PID_Compact）會生成輸出值。

• 帶脈沖寬度調制信號的比例執行器

  這些執行器用于在采樣時間間隔內生成長度與輸出值成比例的脈沖輸出。 執行器（如加熱電阻或制冷裝置）在等時模式下接通，持續時間根據輸出值的不同而有所不同。

  系統性能：高水平的系統性能和快速信號處理能夠地縮短響應時間，加強控制能力。為達到這一目的，S7-1500西門子plc設計有高速背板總線，具有高波特率和高效的傳輸協議。點到點的反應時間不到500微秒，位指令的運算時達10納秒之內（因CPU而異）。CPU1511和CPU1513 控制器設置有兩個Profinet端口，CPU 1516控制器設置有三個端口：其中兩個與現場級通訊，第三個用于整合至企業網絡。Profinet IO IRT可以保證確定的反應時間和高精度的系統響應。此外，集成Web服務器支持非本地系統和過程數據查詢，以實現診斷的目的。

  　　工藝：在現場工藝方面，SIMATIC S7-1500西門子plc標準化的運動控制功能使其與眾不同。這使得模擬量和Profidrive 兼容驅動不需要其它模塊就可以實現直接連接，支持速度和定位軸，以及編碼器。按照PLCopen進行標準化的塊簡化了Profidrive 兼容驅動的連接。為使驅動和控制器實現高效快速調試，用戶可以執行Trace功能，對程序和動作應用進行實時診斷，從而優化驅動。另一個集成工藝功能是 PID控制，可用方便配置的塊確保控制質量。控制參數可以自整定。

  　　工業信息安全：SIMATIC S7-1500西門子plc工業信息安全集成的概念從塊保護延伸至通訊完整性，幫助用戶確保應用安全。集成的專有知識保護功能，如防止機器拷貝，能夠幫助防止未*的訪問和修改。SIMATIC存儲卡用于防拷貝保護，將單個塊關綁定至原存儲卡的序列號，從而確保程序僅能通過配置過的存儲卡運行，而不能被復制。訪問保護功能防止對應用進行未經*的配置修改，可以通過給不同的用戶組分配不同的*級別來實現這一功能。專有的數據校驗機制可識別修改過的工程數據，從而實現例如保護通過未*操作傳輸到控制器的數據等功能。

  　　故障安全：SIMATIC S7-1500西門子plc集成了故障安全功能。為實現故障安全自動化，用戶配置了F型 （故障安全型）的控制器，對標準和故障安全程序使用同樣的工程設計和操作理念。用戶在定義、修改安全參數的時候可以借助安全管理編輯器。例如，當使用到故障安全型驅動技術提供服務的時候，用戶可以得到圖形化支持。新控制器在功能安全性方面通過了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3級安全應用標準，以及ISO 13849中PL e級安全應用標準。

  　　設計處理：SIMATIC S7-1500西門子plc的設計和處理以方便操作為前提，限度地實現用戶友好性（對許多細節都進行了創新，例如，SIMATIC控制器次安裝了顯示裝置），并能顯示普通文本信息，從而實現全工廠透明化。標準化的前連接器節省了用戶接線時間，簡化了配件存儲。集成短接片使電位組的橋接更加簡單靈活。輔助配件，如自動斷路器或繼電器迅速便捷地安裝到集成DIN導軌。可擴展的電纜存儲空間能夠方便地關閉前蓋板，即便使用帶有絕緣的電纜，也可以通過兩個預定義的閉鎖位輕松關閉前蓋板。預接線位置的設計簡化了初始接線過程以及端子的重新連接的復雜性。集成屏蔽保證了模擬信號能夠屏蔽良好，從而獲得良好的信號接收質量，以及抗外部電磁干擾的魯棒性。該款產品的另一個優點是擴展性：SIMATIC S7-1500 CPU可以擴展至每個底板32個模塊，用戶可以根據自動化任務需要選擇模塊。

  起動信號可呈現單極“打開”或“關閉”狀態，或表示雙極狀態，如“打開/關閉”、“向前/向后”、“加速/制動”。

  輸出值由兩位控制器（如具有脈寬調制的 PID_Compact）生成。

• 具有積分作用和三位起動信號的執行器

  執行器經常由電機操作，操作周期與阻塞元件的執行器進給成比例。 包括閥門、遮板和閘門閥等元件。 盡管所有這些執行器的設計有所不同，但它們都受到受控系統輸入端的積分作用的影響。

  步進控制器（如 PID_3Step）會生成輸出值。

無反饋兩位控制器

兩位控制器將狀態“ON”和“OFF”作為切換函數。 這與 * 或 0% 輸出相對應。 該特性會使過程值 x 在設定值 w 周圍持續振蕩。

振幅和波動持續時間隨受控系統的延遲時間 Tu 與恢復時間 Tg 之間的比例而增加。 這些控制器主要用于簡單的溫度控制系統（例如直接用電加熱的爐子），或用作限值報警設備。

下圖顯示了兩位控制器的特性

下圖顯示了兩位控制器的控制函數

有反饋兩位控制器

在受控系統具有較長延遲時間的情況下（例如功能空間與加熱空間分離的爐），可通過使用電力反饋改善兩位控制器的特性。

反饋用于增加控制器的開關頻率，但這會減小過程值的振幅。 此外，在動態操作中可充分改進控制作用結果。 切換頻率限制由輸出級別決定。 在機械起動器（例如繼電器和觸點）上，每分鐘不得超過 1 到 5 次切換。 如果是下游可控硅或三端雙向可控硅控制器的電壓和電流輸出，則可選擇超過受控系統目前限制頻率的高切換頻率。

因為切換脈沖無法再通過受控系統的輸出來確定，所以會得到與連續控制器結果類似的結果。

通過對連續控制器的輸出值進行脈寬調制來生成輸出值。

反饋兩位控制器可用于爐子的溫度控制，用于塑料、紡織品、紙張、橡膠和食品中使用的加工機，以及用于加熱和冷卻設備。

三位控制器

三位控制器用于加熱/冷卻。 這些控制器使用兩個切換點作為輸出。 控制作用結果可通過電子反饋結構進行優化。 此類控制器的應用領域包括供暖、低溫試驗箱、氣候試驗箱和塑料加工機的工具加熱設備。

下圖顯示了三位控制器的特性