西門子變頻器0.55kw6SL3211-0AB15-5UA1

SIEMENS西門子上海朔川電氣設備有限公司

：肖媛（）

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6SL3211-0AB15-5UA1 SINAMICS G110 - CPM110 交流變頻器, 不帶濾波器，1AC，200-240V，+10/-10%，47-63Hz, 模擬量輸入，CT: 0.55KW； VT: 0.55KW，CT 過載: 150%, 60s, 150x90x131 (H x W x D), 防護等級 IP20，環(huán)境溫度 -10 至 +50 ℃，不帶基本操作板(BOP), 不帶 RS485 接口

比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法

PID控制的難點在于整定控制器的參數(shù)。為了學習整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實驗，開環(huán)運行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機構。例如可以用電熱水壺作為被控對象，用熱電阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉換為標準電壓，用移相控制的交流固態(tài)調壓器作執(zhí)行機構。
 有沒有比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？
 在控制理論中，用傳遞函數(shù)來描述被控對象、檢測元件、執(zhí)行機構和PID控制器。
 被控對象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實驗室可以用以運算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對象（包括檢測元件和執(zhí)行機構）的傳遞函數(shù)。我曾將這種運放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動調節(jié)實驗。
 用運算放大器模擬被控對象一般需要做印刷電路板，還是比較麻煩。有沒有更簡單的方法呢？
 除了用運算放大器來模擬被控對象的傳遞函數(shù)，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對象，DISV是系統(tǒng)的擾動輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。
 


 被控對象的數(shù)學模型為3個串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數(shù)為
 


 分母中的“s”為自動控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時間常數(shù)設為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個數(shù)。圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。
 下圖是模擬被控對象的子程序，實際上只用了兩個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時中斷時間間隔來調用這個子程序。
 


 下圖是用來監(jiān)視PID回路運行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調節(jié)控制面板，可以用它進行PID參數(shù)自整定或手動調節(jié)PID參數(shù)的實驗。標有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應曲線。
 


 將上圖中的積分時間由0.03min（分鐘）增大到0.12min，下圖的超調量有明顯的減小。通過修改PID的參數(shù)，觀察被控量階躍響應曲線給出的超調量和調節(jié)時間等特征量的變化情況，可以形象直觀、快速地學習和掌握PID參數(shù)的整定方法。
 

SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨西門子PLC之S7家族的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統(tǒng)內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備*的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

siemens WinAC在自動化系統(tǒng)中的應用舉例

WinAC是SIEMENS推出的基于PC的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)兼具PC*的計算功能數(shù)
據(jù)處理能力和PLC邏輯測控與運行可靠性特點本文介紹了WinAC在千層酥自動化生產線中的
成功應用及其*的特點
關鍵詞：千層酥　烘爐　基于PC自動化　分布式控制系統(tǒng)　過程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產線總長度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機

疊酥機是生產餅干的*道重要工序可根據(jù)廠房的不同來選擇立式或臥式其包括七道軋輥三次軋制配備撒酥機要求自動化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動控制采用矢量型變頻器調速線速度同步工作穩(wěn)定性高。
軋輥間隙采用數(shù)字化閉環(huán)調整系統(tǒng)控制操作簡單方便快捷高效。
人機界面操控能與其它成型主機的相關部分實現(xiàn)聯(lián)動控制操作簡單方便。
疊層次數(shù)、寬度在范圍內任意調節(jié)。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數(shù)4-12層
壓片厚度0.1-10MM
2、送料機
送料機將攪拌好的韌性餅干胚料進行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機電控系統(tǒng)要求能夠同步調速控制手動調節(jié)與自動運行控制。
3、雙軋軋面機
該設備是將疊酥機或送料機輸送來的面胚進行多次軋制使面胚由厚變薄電控系統(tǒng)要求；
軋輥采用變頻調速控制,速度同步性能穩(wěn)定；
精確控制面皮厚度采用智能數(shù)字表設定與顯示。
4、烘爐
有熱風循環(huán)烘爐遠紅外線烘爐導熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產線的重要組成部份由電器控制系統(tǒng)熱風循環(huán)系統(tǒng)加熱系統(tǒng)排煙
系統(tǒng)爐網輸送裝置爐網自動檢測張緊裝置等組成要求自動化控制系統(tǒng)達到如下功能：
生產線工作狀態(tài)的實時監(jiān)測
溫度坐標升溫曲線等顯示
溫度調節(jié)系統(tǒng)參數(shù)在線修正 
歷史工作狀態(tài)記錄保存
溫度控制精度高操作方便工作穩(wěn)定高效可靠
熱風循環(huán)系統(tǒng)采用自動控制熱風量，閉環(huán)控制，可選擇自然與強制性排煙等自動功能
燃氣爐欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護功能
5、成型機
成型機由多臺軋面機與傳動單元組成相互之間無機械傳動聯(lián)鎖無張力檢測單元要求整條生產線通過電器控制線速度同步運行控制難度較大對自動化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點
綜上所述千層酥生產線控制系統(tǒng)是一個集運動控制與過程控制的綜合自動化控制系統(tǒng)歸納起來應有如下特點：
分布式：生產線總長度約200米，控制點多而且分散，因此選用分布式測控系統(tǒng)zui為適宜，分布式測控系統(tǒng)具有布線量少，搞*力強，擴展維護方便，運行安全可靠，故障風險降到zui低的優(yōu)點。
總線網：全線采用現(xiàn)場總線網絡控制，排除大量模擬信號的干擾因素，實現(xiàn)精確的速度協(xié)調控制與高精度溫度測控，檢測與控制協(xié)調*。
大量配方存貯：一條生產線可生產上百種產品，因此有大量的配方存貯與調用，普通的PLC控制器由于受內存的影響，很難做到大量配方的存貯與調用，因此基于PC自動化是本系統(tǒng)的*方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)的特點，本系統(tǒng)配備*的人機界面操作系統(tǒng)，全面的系統(tǒng)監(jiān)控與異常報警功能。
運動控制：速度同步也是本控制系統(tǒng)的關鍵，采用矢量型變頻器通，過網絡主令控制，達到全線速度的協(xié)調與統(tǒng)一。
三、基于PC 的自動化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司推出的基于PC的自動化控制系統(tǒng)，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有*的計算功能、數(shù)據(jù)處理能力和PLC*的計算速度，更兼顧了PLC的運行可靠性特點。其海量內存貯器特別適合于大數(shù)據(jù)量計算、大量配方存貯與管理。其計算功能與PC機相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統(tǒng)比美，是千層酥成型機與烘爐機械設備控制系統(tǒng)的選擇：
*性
WinAC是基于標準的WINOOWs操作平臺下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨立而嚴格的時序?？刂铺貏e滿足對于高速、精確、復雜計算及嚴格時間要求的控制任務。
WinAC支持標準的WINOOWs NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技術?？刂坪屯ㄓ崈群伺c標準的WINOOWs NT任務的通訊由其內置的代理服務器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強。
應用程序開發(fā)環(huán)境
SIEMENS統(tǒng)一的組態(tài)軟件STEP 7 是WinAC控制器的標準開發(fā)平臺，包括通信組態(tài)、編程、測試和啟動以及系統(tǒng)文件的編制，對于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓時間。

系統(tǒng)組態(tài)界面

開放式接口
WinAC提供標準的OPC控件接口及Active X控件接口,對于我們的應用提供了*的方便。
OPC 過程控制OLE 是一種通過WINOOWs NT應用程序自動存取數(shù)據(jù)的標準，也是WinAC的標準特性。使用OPC服務器可以訪問控制驅動程序中的過程數(shù)據(jù)：Active X 控件接口，不用編程直接從OLE 標準應用程序訪問過程數(shù)據(jù)。這種功能使得我們可以在軟件開發(fā)中借助于高級語言Visual Basic進行更復雜的應用開發(fā)。
計算功能
WinAC提供*的計算功能，與工業(yè)過程數(shù)據(jù)，之間建立起一條工作數(shù)據(jù)鏈路。使得上位計算機能夠實時處理過程數(shù)據(jù)，完成復雜的測量控制與故障分析計算，并能夠在Visual Basic中創(chuàng)建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel中做統(tǒng)計分析。在過程控制和PC 應用程序之間管理數(shù)據(jù)信息流量。允許高效、簡便地訪問并能顯示和修改過程數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)處理量大，要求內存高的過程控制系統(tǒng)，一般的PLC控制器難以勝任的工作，用WinAC則可以輕松解決，這是我們選用WinAC的理由，也是SIEMENS給我們提供了一個合適而且經濟的解決方案。
四、系統(tǒng)原理結構

全系統(tǒng)成型機共有18臺機組，每臺機組配備一臺TD-200和CPU224控制器，用于本機運行速度。面皮厚度的測控及參數(shù)顯示與給定設定，其中9臺軋面機的PLC兼控面皮厚度，實現(xiàn)面皮厚度閉環(huán)控制。18臺PLC與18臺變頻器分布于生產全線，全部控制設備配備了-DP通訊接口板，通過一條高可靠的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線組網，實現(xiàn)統(tǒng)一的網絡結構，分布式的控制系統(tǒng)，方便的就地控制與操作。
除每臺機組可以單獨設定參數(shù)并監(jiān)控運行數(shù)據(jù)外，成型機控制區(qū)設有一臺觸摸式人機界面，通過PROFIBUS-DP網絡負責對成型區(qū)全部設備的實時監(jiān)控。在烘爐區(qū)設一臺15寸的屏式計算機，通過PROFIBUS-DP對全生產線的設備進行人機操作與監(jiān)控、人機對話、數(shù)據(jù)存貯、報表打印、生產管理。
全生產線的主控制器是*控制器WinAC, 擔負著生產線的主控PROFIBUS-DP網絡管理及網絡服務器的任務控制系統(tǒng)的軟件核心配方數(shù)據(jù)庫均由WinAC控制器完成為避免報表、打印、人為操作對控制系統(tǒng)產生無法預測的影響，本系統(tǒng)采用了在軟件WinAC控制系統(tǒng)基礎上研制的硬件控制器--WBC416, 除保存了基于PC自動化完整的優(yōu)點與特點外，更有設計堅固、可擴展性強、堅固的外殼設計電子硬盤無風扇結構的特點。整體的結構設計針對抗振動抗沖擊的高防護等級。集成的接口：USB、 10/100M以太網接口、PROFIBUS-DP/MPI工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)鑄就了其主控制器的地位也保證了系統(tǒng)的高檔與*。
軋面機面皮厚度控制系統(tǒng)
軋面皮厚度測控系統(tǒng)由光柵傳感器、PLC 、步進電機組成閉環(huán)實時監(jiān)控系統(tǒng)。
面皮厚度通過KA-300光柵檢測，檢測精度為0.02mm。
厚度反饋值由PLC處理后進行PID計算并控制步進馬達，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，消除機械累積誤差。
閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠實時在線校正厚度。提高產品質量。
五相步進馬達，步角0.72度 輸出頻率9KHz,V=1.95 A=0.75 N.M=0.45(4.5公斤力)

烘爐溫度控制系統(tǒng)
烘爐溫度分為8個區(qū)每區(qū)溫度都是一個閉環(huán)測控系統(tǒng)并配備有智能算法控制精度
可達到+1OC.
的熱電偶模塊進行溫度采集面溫與底溫分別控制
控制可控硅調功器從而控制溫度.
SCR調功器的輸入信號為0—10V, 輸出功率可連續(xù)調節(jié)三相平衡式調功器共8個調
功器
溫區(qū)煙囪根據(jù)配方調節(jié)開度進行流量控制
自動檢測鋼帶打滑并自動調整
智能閉環(huán)控制算法,自適應參數(shù)整定功能
中控站可進行溫度設定與溫度監(jiān)視

五、測控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
中文動態(tài)人機操作界面，設備運行狀態(tài)動態(tài)顯示，電氣參數(shù)、工藝參數(shù)、實時顯示，
具備實時曲線顯示、歷史曲線顯示、大型動態(tài)標準數(shù)據(jù)庫，提供年報表、月報表、日報
表和隨機打印報表的功能；
通過*監(jiān)控站可監(jiān)測與控制現(xiàn)場設備的開/停，干預生產過程
彈出菜單方式進行參數(shù)設置、更改；包括速度設定、溫度設定、厚度設定、訂單更改、訂單參數(shù)設置，并能下傳至現(xiàn)場控制器PLC單元，更改工藝參數(shù)和控制過程；
配方參數(shù)設置：可根據(jù)生產需要設置上百種配方，使一線多能成為現(xiàn)實
美觀的立體動態(tài)設備圖形和工藝運行圖界面
自動運行，電腦遠程控制運行
內置數(shù)據(jù)庫、能進行各類年報表、月報表和日報表及即時報表，方便的打印與輸出功
能
三級口令保護、只有*的人員可以相應操作
報警提示與報警記錄數(shù)據(jù)庫
精確的厚度設定與厚度控制
全線速度同步與速度跟蹤、整機同步聯(lián)控等功能
溫度設定、顯示、報警與控制
煙道閥門開度調節(jié)與開度顯示

SIMATIC 工業(yè)軟件具有模塊化的設計。各個工具可根據(jù)特定應用而單獨使用。

提供了 4 個軟件級別：

STEP 7：
SIMATIC 硬件的編程基礎

STEP 7 是用于對 SIMATIC S7/C7/WinAC 進行編程的基礎。編程時總要使用該軟件。
它具有以下版本：

• STEP 7：
  用于各種應用的*版本，帶有梯形圖、功能塊圖和指令表編程語言
• STEP 7 Professional 高性能軟件包：
  支持所有 IEC 語言（梯形圖、功能塊圖、指令表、順序功能圖和結構化文本）。并且，還提供了一個集成離線模擬組件 (S7-PLCSIM)。
• STEP 7 Lite：
  適用于較低性能范圍的版本，可用于 SIMATIC S7-300 和 SIMATIC C7
• STEP 7 Micro：
  用于 SIMATIC S7-200 的精簡編程軟件包

組態(tài)工具：
這些是較高層次的編程語言和面向工藝的軟件。

工程工具是一些面向任務的工具，除 STEP 7 之外也可使用這些工具。它們可大大降低能源成本，并顯著提高舒適性。

設計工具（Engineering Tool）包括：

• 供編程人員使用的高級語言
• 供技術專家使用的圖形化語言
• 用于診斷、模擬、遠程維護、設備文檔制作等的擴展軟件。

運行版軟件：
用于生產過程的隨時可用的運行版軟件

運行版軟件包括已編程好并可由用戶程序調用的解決方案。它直接集成在自動化解決方案中，分為兩種類型：

• 硬件捆綁：
  軟件與特定硬件相關
• 非硬件捆綁：
  軟件可滿足一般硬件要求。

例如，運行版軟件包括：

• 用于 SIMATIC S7 和 WinAC 的控件
• 用于將自動化系統(tǒng)集成到 WINOOWs 應用程序中的工具

您可在“基于 SIMATIC PC 的控制”下面找到用于基于 PC 的控制的運行版軟件。

人機接口（HMI）：
專門用于人機界面的軟件：

人機界面包括：

• SIMATIC ProTool 和 ProTool/Lite 用于組態(tài)操作面板
• SIMATIC ProTool/Pro – 通過 PC 實現(xiàn)機器級可視化
• SIMATIC ProAgent ? 用于過程診斷的選件包
• SIMATIC WinCC flexible – 用于組態(tài) SIMATIC HMI 操作員面板的工程工具和用于在機器級簡便完成可視化任務的高性能可視化軟件
• SIMATIC WinCC – WINOOWs NT/2000/XP 系統(tǒng)下的高性能可視化系統(tǒng)

SIMATIC 軟件使用標準：

• DIN EN 6.1131-3:
  SIMATIC 編程語言符合標準 DIN EN 6.1131-3。這就降低了花在熟悉和培訓中的費用。
• Microsoft WINOOWs:
  使用基于 WINOOWs 的應用程序和圖形大大縮短了熟悉和培訓過程。

SIMATIC 軟件已集成：

• 公用數(shù)據(jù)管理：
  所有項目數(shù)據(jù)（如，符號表、組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)分配數(shù)據(jù)）均存儲在一個*數(shù)據(jù)庫中。它們可供所有工具使用：這就節(jié)省了多重輸入的時間并減少了錯誤。
• 集成式工具系統(tǒng)：
  用戶友好的工具在自動化項目的每一步都可以使用。
• 兼容性：
  SIMATIC 軟件系統(tǒng)平臺和辦公系統(tǒng)兼容。

SIMATIC 軟件提高生產率：

• 面向工作的工具：
  這些工具易于使用并針對每一種應用場合進行了優(yōu)化。
• 可多次使用的程序部件：
  完整的程序組件存儲在庫中，并且在后續(xù)項目中只需拷貝過來即可。
• 并行處理:
  將一個系統(tǒng)細分成多個項目，允許您將處理分配給不同人員。
• 集成式診斷功能減少了停機時間并降低了于此相關的成本。