西门子PLC模块控制器CPU1516-3 PN/DP       西门子PLC模块控制器CPU1516-3 PN/DP

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受控系统：

通过加热系统控制室温是受控系统的一个简单示例。 传感器测量室温并将温度值传送给控制器。 控制器将当前室温与设定值进行比较，并计算加热控制的输出值（调节变量）。

如果 PID 控制器的设置正确，则会尽快达到此设定值，然后使其保持为常数值。 输出值更改后，过程值通常仅随时间延迟而变化。 控制器必须针对此响应进行补偿。

执行器

执行器是受控系统元件，受控制器影响。 其功能是修改质量和能量流。

下表概述了执行器的应用。

执行器分为以下几种：

• 带有恒定起动信号的比例执行器

  这些元件用于设置开启角度、角位置，或与输出值成比例的位置。 输出值在控制范围内会对过程产生模拟量作用。

  此组中的执行器包括弹簧支撑的气动驱动器，以及构成位置控制系统的带位置反馈的电动驱动器。

  连续控制器（如 PID_Compact）会生成输出值。

• 带脉冲宽度调制信号的比例执行器

  这些执行器用于在采样时间间隔内生成长度与输出值成比例的脉冲输出。 执行器（如加热电阻或制冷装置）在等时模式下接通，持续时间根据输出值的不同而有所不同。

  系统性能：高水平的系统性能和快速信号处理能够地缩短响应时间，加强控制能力。为达到这一目的，S7-1500西门子plc设计有高速背板总线，具有高波特率和高效的传输协议。点到点的反应时间不到500微秒，位指令的运算时达10纳秒之内（因CPU而异）。CPU1511和CPU1513 控制器设置有两个Profinet端口，CPU 1516控制器设置有三个端口：其中两个与现场级通讯，第三个用于整合至企业网络。Profinet IO IRT可以保证确定的反应时间和高精度的系统响应。此外，集成Web服务器支持非本地系统和过程数据查询，以实现诊断的目的。

  　　工艺：在现场工艺方面，SIMATIC S7-1500西门子plc标准化的运动控制功能使其与众不同。这使得模拟量和Profidrive 兼容驱动不需要其它模块就可以实现直接连接，支持速度和定位轴，以及编码器。按照PLCopen进行标准化的块简化了Profidrive 兼容驱动的连接。为使驱动和控制器实现高效快速调试，用户可以执行Trace功能，对程序和动作应用进行实时诊断，从而优化驱动。另一个集成工艺功能是 PID控制，可用方便配置的块确保控制质量。控制参数可以自整定。

  　　工业信息安全：SIMATIC S7-1500西门子plc工业信息安全集成的概念从块保护延伸至通讯完整性，帮助用户确保应用安全。集成的专有知识保护功能，如防止机器拷贝，能够帮助防止未授权的访问和修改。SIMATIC存储卡用于防拷贝保护，将单个块关绑定至原存储卡的序列号，从而确保程序仅能通过配置过的存储卡运行，而不能被复制。访问保护功能防止对应用进行未经授权的配置修改，可以通过给不同的用户组分配不同的授权级别来实现这一功能。专有的数据校验机制可识别修改过的工程数据，从而实现例如保护通过未授权操作传输到控制器的数据等功能。

  　　故障安全：SIMATIC S7-1500西门子plc集成了故障安全功能。为实现故障安全自动化，用户配置了F型 （故障安全型）的控制器，对标准和故障安全程序使用同样的工程设计和操作理念。用户在定义、修改安全参数的时候可以借助安全管理编辑器。例如，当使用到故障安全型驱动技术提供服务的时候，用户可以得到图形化支持。新控制器在功能安全性方面通过了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3级安全应用标准，以及ISO 13849中PL e级安全应用标准。

  　　设计处理：SIMATIC S7-1500西门子plc的设计和处理以方便操作为前提，限度地实现用户友好性（对许多细节都进行了创新，例如，SIMATIC控制器次安装了显示装置），并能显示普通文本信息，从而实现全工厂透明化。标准化的前连接器节省了用户接线时间，简化了配件存储。集成短接片使电位组的桥接更加简单灵活。辅助配件，如自动断路器或继电器迅速便捷地安装到集成DIN导轨。可扩展的电缆存储空间能够方便地关闭前盖板，即便使用带有绝缘的电缆，也可以通过两个预定义的闭锁位轻松关闭前盖板。预接线位置的设计简化了初始接线过程以及端子的重新连接的复杂性。集成屏蔽保证了模拟信号能够屏蔽良好，从而获得良好的信号接收质量，以及抗外部电磁干扰的鲁棒性。该款产品的另一个优点是扩展性：SIMATIC S7-1500 CPU可以扩展至每个底板32个模块，用户可以根据自动化任务需要选择模块。

  起动信号可呈现单极“打开”或“关闭”状态，或表示双极状态，如“打开/关闭”、“向前/向后”、“加速/制动”。

  输出值由两位控制器（如具有脉宽调制的 PID_Compact）生成。

• 具有积分作用和三位起动信号的执行器

  执行器经常由电机操作，操作周期与阻塞元件的执行器进给成比例。 包括阀门、遮板和闸门阀等元件。 尽管所有这些执行器的设计有所不同，但它们都受到受控系统输入端的积分作用的影响。

  步进控制器（如 PID_3Step）会生成输出值。

无反馈两位控制器

两位控制器将状态“ON”和“OFF”作为切换函数。 这与 100% 或 0% 输出相对应。 该特性会使过程值 x 在设定值 w 周围持续振荡。

振幅和波动持续时间随受控系统的延迟时间 Tu 与恢复时间 Tg 之间的比例而增加。 这些控制器主要用于简单的温度控制系统（例如直接用电加热的炉子），或用作限值报警设备。

下图显示了两位控制器的特性

下图显示了两位控制器的控制函数

有反馈两位控制器

在受控系统具有较长延迟时间的情况下（例如功能空间与加热空间分离的炉），可通过使用电力反馈改善两位控制器的特性。

反馈用于增加控制器的开关频率，但这会减小过程值的振幅。 此外，在动态操作中可充分改进控制作用结果。 切换频率限制由输出级别决定。 在机械起动器（例如继电器和触点）上，每分钟不得超过 1 到 5 次切换。 如果是下游可控硅或三端双向可控硅控制器的电压和电流输出，则可选择超过受控系统目前限制频率的高切换频率。

因为切换脉冲无法再通过受控系统的输出来确定，所以会得到与连续控制器结果类似的结果。

通过对连续控制器的输出值进行脉宽调制来生成输出值。

反馈两位控制器可用于炉子的温度控制，用于塑料、纺织品、纸张、橡胶和食品中使用的加工机，以及用于加热和冷却设备。

三位控制器

三位控制器用于加热/冷却。 这些控制器使用两个切换点作为输出。 控制作用结果可通过电子反馈结构进行优化。 此类控制器的应用领域包括供暖、低温试验箱、气候试验箱和塑料加工机的工具加热设备。

下图显示了三位控制器的特性