6ES7231-7PD22-0XA8库存优势

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基于PLC的变频调速恒压供水系统设计

4.2 西门子pid指令应用

西门子s7-200系列plc指令族提供pid闭环控制**指令。当过程控制中某个变量出现偏差时，pid控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。以plc为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统中，经常用到pid运算来执行pid回路的功能，pid回路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易。

（1）pid算法。如果一个pid回路的输出m是时间t的函数，则可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即：

以上各量都是连续量，**项为比例项，最后一项为微分项，中间两项为积分项。其中e是给定值与被控制变量之差，即回路偏差。kc为回路的增益。用计算机处理这样的控制算式，即连续的算式必须周期性地采样并进行离散化，同时各信号也要离散化，公式如下：

mn=kc（spn-pvn）+kc（ts/ti）（spn-pvn）+mx+kc（td/ts）（pvn-1-pvn）

公式中包含9个用来控制和监视pid运算的参数，在pid指令使用时要构成回路表，回路表的格式如表1所示。

本设计中生活用水为系统给定值满量程的70%。系统使用比例、积分及微分控制，采用下列控制参数值：

增益kc=0.25； 采样时间ts=0.2s；

积分时间ti=30min； 微分时间td=15min；

（2）pid算法编程实现。本程序只是模拟量控制系统的pid程序主干，对于现场实现问题，还要考虑诸多方面的影响因素。p

是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的提供了强有力的技术支持。can(controller area network)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多rs-485基于r线构建的分布式控制系统而言， 基于的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

首先，can控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问**权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且can协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得can总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用rs-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

其次，can总线通过can控制器接口芯片82c250的两个输出端canh和canl与物理总线相连，而canh端的状态只能是高电平或悬浮状态，canl端只能是低电平或悬浮状态。这就保不会出现象在rs-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且can节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。

而且，can具有的完善的通信协议可由can控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有协议的rs-485所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而言，can总线是具有通信速、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 can总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

can (controller area network)即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，can总线的数据通信具有**的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及*特的设计，can总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是较广泛的，世界上一些*的汽车制造厂商，如benz(奔驰)、bmw(宝马)、porsche(保时捷)、rolls-royce(劳斯莱斯)和jar(美洲)等都采用了can总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时，由于can总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、、医疗器械及等领域发展。can已经形成国际标准，并已被公认为几种较有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有： sae j1939/iso11783、canopen、canaerospace、devicenet、nmea 2000等。

1．通信采用rs-485总线的线材选用要求：

使用2芯屏蔽双绞线

铜质，线径0.5～0.75平方毫米，

阻抗38～88欧姆/公里，

容抗30～50纳法/公里，

绞距20毫米的2芯屏蔽双绞线(如果线的距离不**过500米

可以适当降低线的标准，但必须为双绞线

2．系统的总线：

由两个或多个相互间具有物理连接的设备组成，上较多允许挂接128个总线设备，在不加中继器的情况下，总线长度不大于1200米。

3．系统总线不应出现分支情况，如分支不可避免，则必须满足以下三条要求：

● 分支长度不大于10米；

● 总线长度之和不**过800米；

● 该分支线上的设备总数不得**过50个。

● 所有通信信号线应尽量远离干扰源，信号线应走井，不能与强电（如220伏住宅）或射频信号线路（如catv、大信号音频线）并行走线，若并行走线，距离应大于0.5米。

● 所有线路的接点必须采用焊接或镙丝卡紧的连接方式，并做防水及防潮处理，例如，可将对接点焊接后用防水胶带缠紧或用环氧树脂密封处理。

4．信号共地：

● 同一个网段上的所有设备必须具有统一的信号地，以避免共模干扰。

● 集中供电时，把同一个网段上的所有电源（包括通讯设备的自带电源）的直流负极直接接到一起组成公共信号地，此时信号地即直流电源地。

● 单家独立供电时，把同一个网段上所有总线设备的地（黑线）引脚接在一起，由此组成公共信号地。

5. 总线使用线材推荐选型

1. 485通信线必须用屏蔽双绞线,较好多股备用，总长不**过1200米。

2. 布线尽量远离高压电线，不要与电源线并行，更不能捆扎在一起。

3. 485总线一定要是手牵手式的总线结构,坚决杜绝星型连接和分叉连接。

4. **出30台控制器或线长大于500米，必须采用485中继器。

5. 交流供电的设备及机箱一定要真实接地,而且接地良好。

6. 用屏蔽线将所有485设备的gnd地连接起来。

7. 在最后一台485设备的485+和485-上并接 120欧姆的终端电阻。

简单一点说，profinet=profibus+ethernet，把profibus的主从结构移植到以太网上，所以profinet会有controller和device，他们的关系可以简单的对应于profibus的master和slave，当然，是有区别的，但这样对应可以有助于理解。另外由于profinet是基于以太网的，所以可以有以太网的星型、树形、总线型等拓扑结构，而profibus只有总线型。所以profinet就是把profibus的主从结构和ethernet的拓扑结构相结合的产物，其他像等时性等西门子鼓吹的特性其实以太网也有，只不过profinet由于有controller这样的控制单元可以提高等时性的精度而已。

profinet 是一种新的以太网通讯系统，是由西门子公司和 profibus 用户协会开发。 profinet 具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化。其应用结果能够大大节省配置和调试费用。 profinet 系统集成了基于 profibus 的系统，提供了对现有系统投资的保护。它也可以集成其它系统。

profinet 是一种支持分布式自动化的高级通讯系统。除了通讯功能外，profinet 还包括了分布式自动化概念的规范，这是基于制造商无关的对象和连接编辑器和 xml 设备描述语言。以太网 tcp/ip 被用于智能设备之间时间要求不严格的通讯。所有时间要求严格的实时数据都是通过标准的 profibus dp 技术传输，数据可以从 profibus dp 网络通过代理集成到 profinet 系统。 profinet 是一使用已有的 it 标准，没有定义其**工业应用协议的总线。它的对象模式的是基于微软公司组件对象模式 (com) 技术。对于网络上所有分布式对象之间的交互操作，均使用微软公司的 dcom 协议和标准 tcp 和 udp 协议。

在 profinet 概念中，设备和工厂被分成为技术模块，每个模块包括机械、和应用软件。这些组件的应用软件可使用**的编程工具进行开发并下载到相关的控制器中。这些**软件必须实现 profinet 组件软件接口，能够将 profinet 对象定义导出为 xml 语言。 xml 文件用于输入制造商无关的 profinet 连接编辑器来生成 profinet 元件。连接编辑器对网络上 profinet 元件之间的交换操作进行定义。较终，连接信息通过以太网 tcp-ip 下载到 profinet 设备中。

profinet(实时以太网)基于,具有很好的实时性,可以直接连接现场设备(使用profinet io),使用组件化的设计,profinet支持分布的自动化控制方式(profinet cba,相当于主站间的通讯).

以太网应用到工业控制场合后，经过改进使用于工业现场的以太网，就成为工业以太网。

如果你曾经使用过西门子的网卡cp343-1或cp443-1通讯的话，可能应用过iso或tcp连接等。这样所使用的tcp和iso就是应用在工业以太网上的协议。

profinet同样是西门子simatic net中的一个协议，具体说是众多协议的集合，其中包括profinet io rt, cba rt, io irt等等的实时协议。

所以说profinet和工业以太网不能比，只能说profinet是工业以太网上运行的实时协议而以。不过现在常常称有些网络是profinet网络，那是因为这个网络上应用了profinet协议而已。

控制系统的布线和安装主要从以下几个方面着手：

（1）用现场总线现场总线控制系统替换原有的模拟仪表控制系统，用现场总线控制系统替代原有模拟的4~20ma仪表控制系统的工程项目是很少的。布线和替换的方法如下：控制室内的模拟卡件用现场总线的h1卡替代；

?现场安装的模拟仪表用合适的现场总线仪表替代；

?采用原有的接线；

?添加24v直流及电源调整器，以满足所需线路阻抗要求；

?添加终端器；

?完成新建系统的组态；

实施替代时应注意线路长度的约束，线路阻抗的匹配，线路电压降的分布等，当模拟仪表的数量较多时，宜将原有仪表分为两组或多组，采用多个现场总线网段，可直接用中继器或直接连接到h1卡不同的接口。此外，对线路的屏蔽和接地也应检查。

（2）网段扩展时的布线和安装。原有现场总线网段需要添加新的现场总线设备时，可根据添加线路的长度确定是否用中继器。当添加的线路总长度小于允许的长度时可直接添加，否则可添加中继器来扩展网段长度。需要注意，添加的中继器作为现场总线网段的一个现场总线设备。此外，必须在添加的网段上安装两个终端器。

为满足终端器安装在网段末端的条件，在原有网段的末端进行扩展网段时，应将终端器移到扩展网段的末端。如果控制网段从原有网段中间分支引出，除了适应原有接线盒或在分支点安装接线盒或集线器外，如果该扩展的分支网段线路长度较长时，应作为主干处理，将原有线路作为分支；如果线路长度较短，可作为分支处理，实施时应满足分支线路长度和分支上挂接现场总线设备台数的约束。同样，当作为主干时，应将终端器移到该线路的末端。

网段的扩展会影响线路的电压降，因此，应重新计算各现场总线涉笔供电电压是否满足≥9v dc的要求。

有时，只需要增加一台或几台现场总线设备，为不影响整个网段的工作，宜从就近的接线盒处挂接新添加的设备，并应核对供电电源和信号传输的效果。

对分支线路有多个现场总线设备及分支线长度较长的情况，可采用主干线折返准则接线。主干线折返准则在分支线上现场总线设备挂接较多时，能够有效降低允许的电缆长度。采用主干线折返布线时，将分支线用主干线的折返代替，从而分支线，可使挂接设备数增加。

网段扩展或添加新设备后，需要重新进行系统的组态。

（3）新建项目的现场总线网段布线和安装。绝大多数现象总线控制系统的项目是新建项目。因此，应严格按照现场总线控制系统布线的有关规定进行布线。布线的注意事项如下：

?引出线头的长度应在10~13mm。

?屏蔽线不应多点接地，应集中一点后再接地。通常，将分支电缆的屏蔽集中在一起，然后与主干电缆屏蔽连接，并在一点（通常在电源调整器侧）接地。对没有屏蔽的c型电缆，一般应穿金属管敷设，但容易造成多点接地。

?接线盒应采用有4端口~12端口等标准接线盒。

?现场总线电缆没有接地线，但可以另敷设接地线，用于连接现场总线设备的接地端到就地的接地点。系统接地系统应采用tn-s系统。

?现场总线的屏蔽线不允许连接到现场总线设备的接地端，也不能作为电源线使用。

?除了采用直流供电电源单元作为总线供电外，还要连接电源调整器，用于隔离现场信号与直流电源，防止电源短路。

?除了远端接线盒可以连接终端器外，通常，另一个终端器可采用电源调整器内置的终端器，通过选择开关使其接人。

（4）现场总线网段挂接现场总线设备的安装。现场总线网段上挂接的现场总线设备的安装包括与工艺管道的连接和与现场总线的连接。

?与工艺管道的连接：现场总线变送器、检测元件与工艺管道的连接与常规变送器、检测元件的连接相同。点应靠近需要的部位，例如，反应器出口温度，应将点安装在反应器出口管道靠近反应器的部位，安装时应遵循常规仪表的安装规范。

?与现场总线的连接：现场设备与现场总线的连接有接插式和接线式等不同的方式。接插式连接时，只需将从接线盒或t形连接器的电缆先连接到接插头，然后，插入现场设备的插座。接线盒处也同样插接。采用接线式连接方式时，应注意信号线的极性，通常，采用相同的色标来区分不同的极性。为了快速接入和拆下现场设备，通常可采用接插式连接器进行现场设备的连接。

（5）供电电源和电源调整器的安装。供电电源根据设计要求安装，通常，电源调整器作为系统接口卡或集成系统的部分，安装在标准的导轨上。其接线应根据所用产品说明书进行。需要注意，通常，采用电源调整器的内置终端器作为网段的一个终端器，因此，在安装时应检查是否将选择开关切到选中内置终端器作为网段的一个终端器的位置。对本安应用，有时需采用带中继器的安全栅或多路隔离器。需注意，对每个网段都应提供总线供电的电源。

（6）现场总线电缆的安装。电缆安装工程的主要内容如下.

?安装主干电缆（现场总线网络的较长电缆）。

?安装终端器在主干电缆的两端。通常，终端器不安装在设备上而是安装在接线盒上。终端器应清楚标记；如果终端器安装在一个设备内，则它可能在某一次维修服务时，与现场设备一起被不经意地带走，从而影响整个网络的通信。

?安装各分支线到主干线。

?完成电缆电阻等参数的测试和接地测试。#p#分页标题#e#

?连接电源、电源调整器、h1接口卡到主干电缆。

?完成基金会现场总线网络/网段测试程序。

?在测试网络接线系统后，进行设备连接和进行控制回路投运。

在接线时应注意下列事项：

?多个主管电缆引入现场接线盒时，不能将不同网络的屏蔽线连接在一起，这会造成接地回路，并在系统内引入噪声。

?防止屏蔽线的多点接地。屏蔽线应一点接地，通常，在控制室侧的电缆末端（电源调整器侧）接地，如果使用本安栅，电缆屏蔽应在安全栅侧接地。

?设备电缆的屏蔽线不应连接到设备的接地或壳体。

?使用剥线钳去除电缆的绝缘层，不要再导线上留下刻痕。

?使用接线套圈，不仅可增加导线接触面积，也可以防止导线脱落。

?切除的线头等导体会造成设备电路的短路，因此，接线时应采取保护措施防止线头等杂物进入设备内部或设备的通风散热口。

?终端器不要安装在设备上，要安装在终端的接线盒。

?对安装在可能发生雷击场所的设备应安装电涌保护器。

?应根据电缆上的色标进行接线，分别为蓝色或白色线（负极），棕色或黑色线（正极）及银色屏蔽线（屏蔽）。