西门子模块6ES7368-3BC51-0AA0型号介绍

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PLC控制系统
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器（变送器的相关产品）﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(inbbbligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
开环控制系统
 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
闭环控制系统
闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。
阶跃响应
阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。
PID控制的原理和特点
在工程实际中，应用较为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可*、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依*经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术较为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，较适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制
比例控制是一种较简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“**前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重**调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

采用临界比例法

利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：

(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔

(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔

(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

    工业烤箱应用广泛，在电工、电子、仪表、材料、半导体等生产企业对非易燃易爆物进行干燥、烘培及其热处理试验；可用于学校、、食品、化工等单位对非易燃易爆物进行干燥、、烘培及其热处理等试验；特别适用于LED、LCD石英晶体电容、电阻等要求高恒精度和可靠性产品的过程烘干和老化。适用于烘烤有化学性气体及食品加工行业的欲烘烤物品、基板应力的去除、油墨的固化、漆膜等等的精密烘烤、烘干、回火、预热、定型、加工等。

    工业烤箱由角钢、薄钢板构成，另外箱体加强，外表面复漆，外壳与内胆之间用硅酸铝纤维充填，形成可靠的保温层。工业烤箱采用电热丝加热，外加温控器控制烤箱内的温度。外部输入0-5VDC模拟电压信号到温控器，温控器根据输入的信号来控制工业烤箱的温度。由于工业烤箱距离控制中心的PLC有500多米，直接用PLC的AO模块输出0-5VDC传输到温控器后，信号出现了比较大的衰减，影响控制的精度，所以采用ISODAO4-485模块来实现信号的数字化远传。将ISODAO4-485模块安装在温控器附近，ISODAO4-485模块的模拟量输出接口连接到温控器的0-5VDC输入端，PLC的RS-485接口通过屏蔽电缆来连接到ISODAO4-485模块的RS-485接口。

    PLC和ISODAO4-485模块的通讯采用MODBUSRTU通讯协议。ISODAO4-485模块出厂的设置是：通讯协议指令集规定的ASCII协议，通讯的地址为01，波特率为9600bps。通讯的波特率和地址不用修改，通讯协议要修改为MODBUSRTU通讯协议，可以按照以下步骤，设置模块为MODBUSRTU通讯协议。1，将CONFIG引脚（*8脚）和GND引脚（*7脚）短接。2，正确连接电源线和通讯接口线。3，接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。4，等待1分钟，模块初始化。5，发送命令$00P1(cr)，检查应答，如果为!00(cr)则设置成功。6，关闭电源，断开CONFIG引脚和GND引脚之间的连接。完成以上步骤后，模块已经成功设置为ModbusRTU通讯协议方式，直接接入PLC即可。

    ISODAO4-485模块寄存器40001的数据为通道0的当前输出值，寄存器40002的数据为通道1的当前输出值。以寄存器的40001为例，其值为16进制数0x0FFF时，ISODAO4-485模块通道0输出5VDC的电压信号，其值为16进制数0x07FF时，ISODAO4-485模块通道0输出2.5VDC的电压信号，其值为16进制数0x0000时，ISODAO4-485模块通道0输出0VDC的电压信号。PLC通过改变ISODAO4-485模块寄存器内数据大小来达到改变模拟信号输出的目的。

1引言

现代生活、生产和的蓬勃发展，大大推进了电梯技术的发展，从而对电梯控制系统提出了越来越高的要求。

可编程序控制器（PLC）与变频（VVVF）调速技术相结合的电梯控制系统，以其运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、调速性能优等特点被中小型电梯厂家广泛采用。此类系统对电梯运行曲线的控制大多采用速度端子组合的多段速控制方式输出固定的电梯运行曲线，电梯平层之前均有慢速爬行的过程。

国际电梯业成员多采用自行研发的电梯**控制器，采用距离控制的直接停靠方式。而PLC因其自身编程指令及程序扫描时间的限制，很难编制距离控制的程序。艾默生CT推出的EV3100电梯**变频器，不仅具备通用变频器的调速功能及普通的电梯**功能。*有的层高数据寄存器，通过参数设置即可实现距离控制。

2距离控制的基本原理

传统的给定减速距离的控制方式的运行曲线如图1所示[1]，x轴为电梯运行过程的时间、y轴为运行速度。当电梯接收到系统的启动信号后，系统加速到额定速度以后，匀速运行，当系统收到减速信号后开始减速，到达门区后开始爬行，至平层后停止。整个运行曲线表现为S型。

图1  给定减速距离的运行曲线

上述运行曲线是由控制系统预先设定好的，一般额定速度为1m/s的时候运行单条曲线，速度为1.5m/s的时候运行两条曲线。而由控制系统根据停车距离自动生成电梯运行曲线的控制方式一般称之为“距离控制”，其运行曲线如图2所示。

图2  距离控制运行曲线

3控制系统硬件设计

3.1控制系统组成

图3  系统组成

由图3可知，该系统主要由以下几部分组成：PLC、变频器、曳引机、门机等。PLC是控制系统的核心。[2]PLC根据输入的呼梯信号和目前电梯所处的位置自动确定电梯的运行方向及速度，变频器根据PLC的速度指令控制曳引电动机的转速，到达目的层后，自动平层、停车、开关门，在运行过程中输出电梯的楼层位置和运行方向，同时完成对呼梯信号的登记、保存和等工作。对电梯运行中的一些特殊情况（如急停、**载、冲**、蹲底等）自动进行处理和报警。

3.2硬件选型

以一栋15层大楼为例，其电梯控制系统实际需要输入60点，输出62点。选用三菱公司的FX2N-128MR型PLC。这种机型有编程指令100多条，内置8K步RAM寄存器，并配有相应的编程软件GX Developer，不仅可以通过手持编程器对PLC编程，也可在个人PC机上进行编程[3]。在电梯运行过程中，可通过程序内部辅助继电器的状态监控电梯运行状态，现场调试十分方便。

变频器选用艾默生CT的EV3100电梯**变频器。除了矢量控制、转差补偿和负载转矩自适应等功能，还具有抱闸控制及、电梯**速等电梯**功能。为实现闭环矢量控制、提高系统的动态性能和实现零速抱闸控制，在曳引电动机轴端加装旋转编码器。该编码器信号不仅作为曳引电动机的速度反馈，利用EV3100变频器的分频功能，还可实现对电梯的数字位移控制。系统硬件电路如图4所示。[4]

图4 系统硬件电路

4距离控制运行原理

（１）变频器在接收到控制器发来的运行命令(FWD)和设定楼层指令(FLE, F1～F6)时，输出接触器吸合指令(CR)；

（２）变频器检测到接触器吸合(CSM)后，再经过延时，打开变频器，输出释放抱闸的命令(BR)，和变频器运行中信号(Y2)；

（３）经过抱闸打开延时时间T2后，抱闸完全打开，变频器开始按S曲线加速运行；

（４）电梯运行过程中可以不断响应其它设定楼层指令(FLE,F1～F6)，变频器会根据能否正常减速停车来选择较优楼层停靠；

（５）到达曲线减速点后，变频器开始减速停车。进入平层一定距离（F4.07平层距离调整）后，速度减为0，经延时后，变频器输出抱闸关闭命令(BR)，同时输出电梯停车信号(Y1)，要求控制器切除运行命令(FWD)；

（６）控制器接收到电梯停止信号后，经时间延时切除运行命令(FWD)，变频器封锁PWM后输出停机状态信号(Y2)；

（７）停机状态(Y2)有效后，经时间延时，输出电流为0，变频器输出释放接触器命令(CR)，至此一次运行过程结束。

５结束语

实践证明，在EV3100电梯**变频器的基础上开发的采用距离控制技术的控制系统已被某电梯公司批量采用，系统稳定、可靠运行，对中小规模的电梯制造厂开发通用性的电梯控制产品也有借鉴价值。