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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0售后
一、引言
虽然目前的交、直流传动系统都有较成熟的控制方案，采用线性PI或PID 调节器可以基本满意的控制效果。但是，常参数的PID调节器只对线形系统有效，它们的控制性能因为系统的非线性而降低。在电力传动系统中，虽可以建立电机模型，但是电机本身和负载的一些参数（如交流电机的转子电阻、拖动负载的转动惯量）是无法确定的、时变的。电气设备的机械饱和特性，开关的失控时间、控制延时都是不能建模的非线性因素。 然而将模糊与神经网络技术引入电力传动系统设计智能控制器却可以很好地克服电力传动对象变参数、非线性等问题，大大提高系统的鲁棒性。引入模糊与神经网络技术的主要优点是不需要过程的复杂模型，而且适应性强，容易实现。
本文是将PID控制规律融进神经网络［3］之中，实现神经网络与PID控制规律的本质结合，共同完成PID自适应调节，并用PLC实现神经网络PID自适应控制，确保电力传动系统的控制精度和性。
二、PID自适应控制器
本文用PLC实现神经网络PID自适应控制，并应用于直流逻辑无环流可逆调速控制系统，使系统的控制精度达到了只有理论上才能实现的无静差。考虑到可逆调速控制系统的控制设备、器件数量多、对系统运行提出的高要求，采用高性的PLC作为控制，以晶闸管为执行机构的直流调速控制系统，其系统主要由两部分构成，系统框图如图2所示。其中PLC实现神经网络PID自适应器与逻辑无环流双闭环的控制部分，长划线-点-点虚线框内为（V—M）三相桥式晶闸管—电动机系统，GT为V—M系统的晶闸管触发电路，它由硬件实现。短划线虚线框内为换向软开关，由PLC软件实现。
该系统为速度、电流双闭环调速系统，也就是说PLC对这三个模拟输入信号分别进行速度调节器和电流调节器相串联的两级PID运算，向晶闸管的触发电路给出移相电压信号。所以，系统跟随的快速性及控制精度关键取决于PID调节器的设计和调节精度。本系统采用单神经元组成的PID自适应控制器，它即具有传统PID控制器的优点，又具有神经网络的并行结构和学习记忆功能，并且结构简单，易于实现，所以它适合于控制系统。
四、基于PLC的自适应控制方法
作为现代工业三大支柱（机器人、/CAM、PLC）之一的PLC具有性高、抗干扰能力强、操作灵活简单、接线简洁、等优点，特别是易于扩展、编程简单、耐恶劣环境能力强等特点，已了工业生产自动化领域，成为工业自动化领域的强有力工具。
在PLC中实现神经网络PID自适应控制，即可减少分接头数，提高PID调节的快速性和控制精度，又可以保证动作的性，提高系统运行的性。
在直流双闭环调速系统中，为了提高系统响应的快速性和限流的必要性，电流内环仍然采用传统的PI调节器，而转速环则采用神经网络PID自适应控制器，以提高系统的鲁棒性。这两级相串联的PID运算都由PLC实现，我们把这一运算环节作为中断程序来处理。
我们选用西门子公司S7-200系列的PLC进行系统配置［5］。根据逻辑无环流可逆直流调速系统实际运行的要求，PLC主要实现了两级串联PID自适应调节及逻辑换向原则。同时，还实现了系统保护功能和系统显示功能。
针对该直流调速系统的控制功能，我们在实验室进行了带负载实际运行实验，实验直流电动机的额定参数为U =220V I = 12A n =1500转/分。
测试结果证实，其静特性能够达到只有理论上的无静差，静差率S = 0。
其它技术性能指标也均达到了设计要求。
五、结束语
用PLC实现的神经网络PID自适应控制器应用于传动调速系统，控制精度高， 而且经济、抗干扰能力强，在允许负载、电枢电阻和转动惯量变化的范围内，都能保持响应的快速性以及无静差、无调的优良性能。它特别适用于机床控制系统，它即可以实现调速部分，同时也可利用PLC顺序控制的应用特点，替代其余的继电器控制部分，这样可使系统结构紧凑，便于维护
.概述
随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统运行。
2.电磁干扰源及对系统的干扰是什么？
影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
3.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？
（1）来自空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
（2）来自系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
（3）来自电源的干扰
实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC电源，问题才得到解决。
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。
（4）来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
（5）来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。 PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地
系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
（6）来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路
互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
4．怎样才能好、简单解决PLC系统干扰？
1）选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源，动力线和信号线走线要加合理等等，也能解决干扰，但是比较烦琐、不易操作而且成本较高。
2）利用信号隔离器这种产品解决干扰问题。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种产品，就可有效解决干扰问题。
5．为什么解决PLC系统干扰都选信号隔离器呢？
1）使用简单方便、，廉。
2）可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量，即使复杂的系统在普通的设计人员手里，也会变的非常。
6．信号隔离器工作原理是什么？
将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过
光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间立。
7．信号隔离器功能是什么？
一：保护下级的控制回路。
二：消弱环境噪声对测试电路的影响。
三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。标准系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。
8.现在市场有那么多的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢？
隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器
先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、、产品性价比是选择隔离器的主要原则。
1 引言
在工业控制领域中，plc作为一种稳定的控制器得到广泛的应用。但它也有自身的一些缺点，即数据的计算处理和管理能力较弱，不能给用户提供良好的界面等。而计算机恰好能plc的不足，它不但有很强的数据处理和管理能力，而且能给用户提供非常美观而又易于操作的界面。将plc与计算机结合，可使系统达到既能及时地采集、存储数据，又可处理和使用好数据，两者结合的关键是plc与计算机之间的通信。本文以omron公司的cpmia小型 plc为例，详细的讨论了plc与计算机通信的原理和用vb如何实现plc与计算机的通信。
2 通行原理与方法
上位机要能够通过plc监控下层设备的状态，就要实现上位机与plc间的通信，一般工业控制中都是采用rs232c实现。上位机向plc 发送查询数据的指令（实际上是查询plc中端子的状态和dm区的值等），plc接收了上位的指令后，进行校验（fcs校验码），看其是否正确，如果正确，则向上位机传送数据（包含尾校验字节）。否则，plc拒绝向上位机传送数据。上位接收到plc传送的数据，也要判断正确与否，如果正确，则接收，否则，拒绝接收。
由于cpm1a没有提供串行通信口，我们利用其提供的外设端口实现通信。plc与计算机之间的连接是通过omron提供的电缆cqm1-cif01来实现的。
3 plc与计算机间的通信规约
计算机与plc间的通信是以“帧”为单位进行的，并且在通信的过程中，计算机具有高的级。，计算机向plc发出命令帧，然后，plc作出响应，向计算机发送回响应帧。其中命令帧和响应帧的格式如下：
（1） 命令帧格式。为了方便计算机和plc的通讯，cpm1a对在计算机连接通信中交换的命令和响应规定了相应的格式。
其中@放在，表示以@开始，设备号为上位机识别所连接的plc的设备号。识别码为命令代码，用来设置用户希望上位机完成的操作，fcs为帧检验代码，一旦通信出错，通过计算fcs可以及时发现。结束符为“＊”和cr回车符，表示命令结束。
（2） 响应帧格式。
其中，异常码可以确定计算机发送的命令是否正确执行。其它的与正文中的含义相同。正文仅在有读出数据时有返回。
4 通信程序的设计
为了充分利用计算机数据处理的强大功能，我们可以采用计算机有权的方式，在计算机上编写程序来实现计算机与plc的通信， 计算机向 plc发出命令发起通信，plc自动返回响应。本文中采用vb来编写计算机与plc间的通讯程序。在vb中提供了通信控件—应用通信控件（mscomm），实现通过串行端口传送和接受的功能。
下面介绍mscomm控件的属性：
＊commport：设定通信连接端口代号，程序所要使用的串行端口号，bbbbbbs系统使用所设定的端口与外界通信。
＊portopen：设定通信口状态，若为真，通信端口打开，否则关闭。
＊settings：设定通信口参数，其格式是“bbbb，p
，d，s”，其中bbbb为通信速率（波特率），p为通信检查方式（奇偶校验）， d 为数据位数，s为停止位数，其设定应与plc的设定一致。
＊bbbbb：将对方传送至输入缓冲区的字符读入到程序。
＊output：将字符写入输出缓冲区。
＊inbuffercount：传回接收缓冲区中的字符数。
＊outbuffercount：传回输出缓冲区中的字符数。
＊bbbbblen：设定串行端口读入字符串的长度。
＊bbbbbmode：设定接收数据的方式。
＊rthreshold：设定引发接收事件的字符数。
＊commevent：传回oncomm事件发生时的数值码
＊oncomm事件：无论是错误或事件发生，都会触发此事件。
（1） 控件参数的初始化。
初始化程序如下：
port=2 ｀使用串口com2
mscomm.settings=“9600， e， 7， 2” ｀波特率9600，偶校验，7位数据位，2位停止位
mscomm.portopen=true ｀打开通信端口，准备通信
（2） 计算校验码fcs，计算fcs的vb自定义函数如下：
function fcs（byval bbbbbstr as bbbbbb） as bbbbbb
dim slen， i， xorresult as integer
dim tempfes as bbbbbb
slen=len（bbbbbstr） ｀求输入字符串长度
xorresult = 0
for i = 1 to slen
xorresult = xorresult xor asc（mid$（bbbbbstr， i， 1）） ｀按位异或
next i
tempfes=hex$（xorresult） ｀转化为16进制
if len（tempfes）=1then tempfes =“0”+tempfes
fcs = tempfes
end function
（3） 计算机与plc通信程序。
主要是一个自定义函数。
function readdata（byval bbbbbstr as bbbbbb， byval num as integer） as bbbbbb
dim outputstr as bbbbbb
dim inbbbbbb as bbbbbb
dim returnstr as bbbbbb
dim endbbbbbb as bbbbbb
dim fcsbbbbbb as bbbbbb
dim returnfcsbbbbbb as bbbbbb）
mscomm.inbuffercount=0
outputstr=bbbbbstr+fcs（bbbbbstr）+“＊” ｀给出命令帧
mscomm.output=outputstr+chr$（13） ｀向plc传送命令帧
do
doevents
loop while mscomm.inbuffercount 《 15
inbbbbbb=mscomm.bbbbb ｀plc的响应帧
｀结束码判断
endbbbbbb = mid$（inbbbbbb， len（inbbbbbb） -
num- 5， 2）
if endbbbbbb = “13” then
readdata = “error”
exit function
elseif endbbbbbb = “14” then
readdata = “error”
exit function
elseif endbbbbbb = “15” then
readdata = “error”
exit function
elseif endbbbbbb = “18” then
readdata = “error”
exit function
elseif endbbbbbb = “a3” then
readdata = “error”
exit function
elseif endbbbbbb = “a8” then
readdata = “error”
exit function
end if
｀响应帧校验
endbbbbbb = mid$（inbbbbbb， 1， len（inbbbbbb） - 4）
returnfcsbbbbbb = mid$（inbbbbbb，len（inbbbbbb） - 3， 2）
fcsbbbbbb = fcs（endbbbbbb）
if fcsbbbbbb 《》 returnfcsbbbbbb then
readdata = “error”
exit function
end if
returnstr = mid$（inbbbbbb，
len（inbbbbbb） - num - 3， num）
readdata = returnstr
end function
从上面程序可以看到，计算机对plc返回的响应帧要进行fcs校验，并利用异常码排除返回的异常数据，这样不但可以提高计算机信息的正确性，而且提高了计算机监控的实时性。
5 结束语
本文介绍的通信方法在我校cims研究自行研制的一套机电一体化设备中得到实施运用，经试验运行，证明这种通信方法稳定、，确实是一种非常有效的方法。将plc与计算机通信网络连接起来，plc作为下位机，计算机作为上位机，形成一个优势互补的自动控制系统，实现了“集中管理，分散控制”。其中各个plc子系统或远程工作站在生产现场对各个被控对象进行控制，利用网络连接构成一个plc综合控制，满足了现代自动化系统向信息化、网络化、智能化的过渡