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西門子412-5H直流電源系統(tǒng)套件
西門子產(chǎn)品訂貨號(hào)：6ES7400-0HR51-4AB0

西門子產(chǎn)品價(jià)格：98  RMB

西門子產(chǎn)品凈重：0.370 Kg

西門子產(chǎn)品承諾：質(zhì)保一年，原裝*

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui為強(qiáng)大的 PLC。它可以成功實(shí)現(xiàn)全集成自動(dòng)化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個(gè)用于制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動(dòng)化平臺(tái)，其主要特點(diǎn)是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲(chǔ)備。

S7-400

• 中端到性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 模塊和各種性能等級(jí) CPU 可針對(duì)具體自動(dòng)化任務(wù)進(jìn)行調(diào)整
• 可實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• *通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時(shí)可順利擴(kuò)展
• 多重計(jì)算：
  多個(gè) CPU 在一個(gè) S7-400 *控制器中同時(shí)運(yùn)行。
  多重計(jì)算功能可對(duì) S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計(jì)算或通信）進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU?？梢詾槊總€(gè) CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過(guò)功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實(shí)現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運(yùn)動(dòng)控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場(chǎng)總線。另外，還可以實(shí)現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對(duì) S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程，尤其對(duì)于采用高性能工程組件的廣泛自動(dòng)化任務(wù)。為此，可以使用高級(jí)語(yǔ)言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用性自動(dòng)化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動(dòng)成本很高、停產(chǎn)代價(jià)高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過(guò)程。
• 冗余設(shè)計(jì)的功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：?jiǎn)蝹?cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個(gè)單獨(dú)機(jī)架或一個(gè)分隔式*機(jī)架的配置
• 通過(guò)冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來(lái)連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過(guò)冗余設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)
• 不對(duì)安全相關(guān) I/O 進(jìn)行額外接線
• 通過(guò)采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實(shí)現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動(dòng)化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個(gè) ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

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基于PLC的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模糊控制器設(shè)計(jì)

　　1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁模糊控制系統(tǒng)組成

　　1.1 模糊控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)

　　模糊控制屬于計(jì)算機(jī)智能控制的一種形式，模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 模糊控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)

　　它的核心部分為模糊控制器，模糊控制器的規(guī)則可由程序?qū)崿F(xiàn)，規(guī)則是來(lái)自于人的經(jīng)驗(yàn)形式化、模擬化。同時(shí)，應(yīng)用相應(yīng)的模糊判據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為精確量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的控制作用。

　　常用的模糊控制器有一維、二維和三維模糊控制器，其中典型的是二維模糊控制器。二維模糊控制器是用系統(tǒng)輸出的偏差e和輸出的偏差變化率Δe作為控制系統(tǒng)的輸入量。在實(shí)際模糊控制系統(tǒng)中，需要先構(gòu)造模糊控制表，模糊控制表是根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出個(gè)數(shù)、隸屬函數(shù)及控制規(guī)則等決定。

　　1.2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

　　1.2.1 同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)

　　同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)相當(dāng)復(fù)雜，這里只研究發(fā)電機(jī)空載起勵(lì)的過(guò)程，因此，可對(duì)發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行簡(jiǎn)化。在轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)可以用一階滯后環(huán)節(jié)來(lái)表示。電壓zui大值在額定電壓的附近，因此，該過(guò)程中可以忽略飽和現(xiàn)象，故同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為：

　　TG表示其時(shí)間常數(shù)，主要為勵(lì)磁繞組EW的時(shí)間常數(shù)，其數(shù)值較小，取5s，KG為發(fā)電機(jī)的電壓放大系數(shù)，當(dāng)忽略發(fā)電機(jī)的飽和影響時(shí)，KG可用發(fā)電機(jī)的定子電壓和發(fā)電機(jī)空載額定轉(zhuǎn)子電壓之比表示。

　　1.2.2 電壓測(cè)量單元的傳遞函數(shù)

　　電壓測(cè)量單元由測(cè)量變壓器、整流濾波電路等組成，作用是把發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變成與之成正比的直流電壓，在正常情況下，電壓互感器和測(cè)量變壓器均不會(huì)飽和，可近似用一個(gè)一階滯后環(huán)節(jié)來(lái)描述。

　　式中，其時(shí)間常數(shù)TR約為幾十毫秒，KR=UCHE/UGE，UCHE為對(duì)應(yīng)UGE時(shí)測(cè)量單元的輸出電壓。

　　1.2.3 功率放大單元的傳遞函數(shù)

　　調(diào)節(jié)器中的功率放大單元是晶閘管調(diào)節(jié)器，由于晶閘管整流元件工作是斷續(xù)的，所以它的輸出與控制信號(hào)間存在著時(shí)滯。

　　式中：UL——晶閘管整流電路的輸出電壓;

　　ULK——晶閘管整流電路輸出開路時(shí)的輸出電壓;

　　UHK——換相電抗形成的輸出電壓降;

　　UT——晶閘管整流元件的電壓降(每只晶閘管的管壓降約為1V，在分析勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)一般情況下可忽略不計(jì))。

　　發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)一般都有非線性環(huán)節(jié)，這就要進(jìn)行線性處理。線性處理時(shí)，首先要確定在哪一點(diǎn)線性化，也就是首先要確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的定態(tài)工作點(diǎn)，然后假定在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中各環(huán)節(jié)的輸入量和輸出量在定態(tài)工作點(diǎn)附近變化的值一直保持很小。這樣就可以把本來(lái)是非線性的環(huán)節(jié)近似地當(dāng)成線性環(huán)節(jié)對(duì)待。分析發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)，一般假定發(fā)電機(jī)在空載額定狀態(tài)(即發(fā)電機(jī)空載額定轉(zhuǎn)速額定定子電壓)運(yùn)行時(shí)各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的輸入、輸出為定態(tài)工作點(diǎn)，而且勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入信號(hào)只有很小變化。同時(shí)考慮到發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁電流較小，晶閘管整流電路的換相電抗壓降不大，也可忽略。

　　因此功率放大單元的傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)化為：

　　因此，勵(lì)磁系統(tǒng)總的傳遞函數(shù)框圖如下圖2所示。

　　圖2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)

　　2 基于西門子PLC的模糊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　目前，各PLC生產(chǎn)廠家推出的中、小型PLC模塊雖然提供了PID指令，可以實(shí)現(xiàn)PID控制，但是都沒(méi)有提供模糊控制模塊和軟件包。為了獲得模糊PID控制特性，本文提出了一種在不增加任何PLC硬件開銷的情況下，通過(guò)軟件編程在PLC上實(shí)現(xiàn)模糊控制的新方法。

　　2.1 輸入輸出的模糊集與論域確定

　　各變量隸屬函數(shù)的確定根據(jù)PID自整定原則，用于PID參數(shù)控制的模糊控制器采用2輸入1輸出的模糊控制器，該模糊器是以e(t)和Δe(t)為輸人語(yǔ)言變量，以控制電壓U為輸出語(yǔ)言變量。

　　e(t)和Δe(t)的模糊子集取值為：

　　e(t) ={PB，PM，PS，PO，NO，NS，NM，NB};

　　Δe(t) ={PB，PM，PS，O，NS，NM，NB}。

　　其中，{PB =“正大”，PM =“正中”，PS =“正小”，PO =“正零”，O =“零”，NO =“負(fù)零”，NS =“負(fù)小”，NM =“負(fù)中”，NB=“負(fù)大”}

　　控制電壓U的模糊子集取值為：

　　U ={ -7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1 ，+2，+3，+4，+5，+6，+7};

　　模糊子集為：“負(fù)很大”、“負(fù)較大”、“負(fù)大”、“負(fù)中”、“負(fù)小”、“負(fù)較小”、“負(fù)很小”、“零”、“正很小”、“正較小”、“正小”、“正中”、“正大”、“正較大”、“正很大”。

　　采用階躍信號(hào)作為輸入信號(hào)，根據(jù)模糊控制器的原理，選擇其輸入(e(t)、Δe(t))輸出(U)。取e(t)、Δe(t)、U的論域和模糊子集可得到隸屬度曲線，圖3、圖4為變量e(t)與Δe(t)所對(duì)應(yīng)的曲線。

　　圖3 e(t)隸屬函數(shù)曲線

　　圖4 Δe(t)隸屬函數(shù)曲線

　　2.2 模糊規(guī)則設(shè)計(jì)模糊規(guī)則來(lái)自于人的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)規(guī)則可以得出U的調(diào)節(jié)規(guī)則表如表1所示：

　　表1 模糊控制規(guī)則表

　　2.3 基于PLC的模糊控制器設(shè)計(jì)

　　微機(jī)上實(shí)現(xiàn)模糊控制一般采用3種方式：強(qiáng)度轉(zhuǎn)移方式、直接查表方式和公式計(jì)算方式。要想在PLC上實(shí)現(xiàn)模糊控制，考慮到PLC運(yùn)算能力較差，宜采用直接查表方式。

　　在設(shè)計(jì)中，選用西門子公司的S7-200型PLC，利用其A/D模塊將輸入量采集到PLC中，利用其D/A模塊實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的輸出，模糊控制流程圖如圖5所示。

　　圖5 模糊控制系統(tǒng)流程圖

　　上面給出的是模糊規(guī)則表中查詢求U值的一段程序。其余程序與上述程序類似。

　　3 系統(tǒng)仿真

　　某電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要參數(shù)為：KG=20.15，UGE=400V，UCHE=6V，KR=UCHE=/UGE=0.015，KSCR=2.82，T=0.0045。

　　利用Matlab6.0中的模糊工具箱進(jìn)行模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在模糊編譯窗口中進(jìn)行輸入輸出變量以及隸屬度函數(shù)的設(shè)定，在模糊規(guī)則編輯器中設(shè)定規(guī)則，同時(shí)采取重心法進(jìn)行解模糊化，zui后利用Simulink中的模糊工具集中的FuzyController元件將已經(jīng)建立的2輸入 — 1輸出的Mamdani模糊控制系統(tǒng)導(dǎo)入Simulink被控系統(tǒng)，與被控系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接，zui終實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，獲取仿真結(jié)果。

　　系統(tǒng)仿真的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

　　圖6 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖

　　仿真結(jié)果如圖7所示。

　　圖7 勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真結(jié)果圖

　　可見(jiàn)，引入模糊控制算法后明顯改善了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性，并具有良好的跟蹤特性。仿真結(jié)果表明，基于模糊控制算法的勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，都能很好地滿足勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，所得到的系統(tǒng)響應(yīng)曲線過(guò)程極小，調(diào)節(jié)速度快且調(diào)節(jié)過(guò)程平穩(wěn)(沒(méi)有頻繁的波動(dòng))，具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。