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西門子FM450-1計(jì)數(shù)功能模塊
西門子產(chǎn)品訂貨號(hào)：6ES7450-1AP01-0AE0

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(kāi)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的燒結(jié)爐模糊神經(jīng)元控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　1 引言

　　燒結(jié)爐是特殊金屬冶煉行業(yè)中關(guān)鍵設(shè)備，在一定溫度下將金屬燒結(jié)在一起，爐溫的上下波動(dòng)使燒結(jié)爐質(zhì)量變差，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率下降。而且低壓真空燒結(jié)爐是一個(gè)典型的大滯后大慣性對(duì)象，而且燒結(jié)材料的品種和裝爐容量經(jīng)常改變，相當(dāng)于對(duì)象模型參數(shù)是時(shí)變的，組成系統(tǒng)各元件和熱電偶，電磁閥等具有一定非線性，現(xiàn)場(chǎng)干擾 大，所以不易獲得精確的數(shù)學(xué)模型。由于以上情況，控制好爐子的工藝參數(shù)，使之相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量及節(jié)約電能是至關(guān)重要的，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了模糊神經(jīng)元控制策略對(duì)燒結(jié)爐溫度控制。

　　2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及控制要求

　　2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)的繼電器控制只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的控制，而plc應(yīng)用了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，既可進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，又可進(jìn)行模擬量控制，還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。同dcs相比，不論是plc還是集散系統(tǒng)，在發(fā)展過(guò)程中，二者始終是相互滲透，互為補(bǔ)充,且plc比dcs有更好的性價(jià)比;從自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，全分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必然會(huì)得到迅速發(fā)展，將綜合plc與集散系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)，并把兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一 種新型的全分布式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。同工業(yè)微機(jī)控制相比，plc可靠性較工業(yè)微機(jī)高，編程簡(jiǎn)單，易于操作，性能穩(wěn)定。

　　基于以上分析，本系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司的s7系列plc構(gòu)成，其性能十分可靠，技術(shù)成熟，價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，充分利用現(xiàn)存的測(cè)點(diǎn)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。其中，s7-300系列plc控制單元主要包括:電源模塊、cpu、模擬量輸入輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、操作面板、通訊電纜等。

圖一

　　2.2 控制系統(tǒng)要求

　　(1) △t>△tmax時(shí)停止計(jì)時(shí)，即不計(jì)入工作時(shí)間，調(diào)至范圍后繼續(xù)計(jì)時(shí)。

　　(2) 可手自動(dòng)切換，切換到手動(dòng)后保持自動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)不變。

　　(3) plc狀態(tài)數(shù)據(jù)(計(jì)數(shù)值、計(jì)時(shí)值)可掉電保持。

　　(4) 可判斷工作段。

　　(5) 計(jì)時(shí)以秒為單位步進(jìn)，給定值、上位顯示值以1℃為單位步進(jìn)。

　　3 模糊神經(jīng)元控制方案，實(shí)現(xiàn)及仿真效果

　　3.1 模糊神經(jīng)元控制

　　一個(gè)典型的模糊控制器它以系統(tǒng)的誤差e和誤差變化量de作為輸入變量，控制量作為輸出變量，它由模糊化，模糊推理和去模糊化三部分組成。首先將輸入變量e 和de模糊化得到其模糊量e和ce，再經(jīng)模糊推理過(guò)程得到輸出控制量的模糊值u，經(jīng)去模糊化后才得到實(shí)際的輸出u。一般應(yīng)用時(shí)都將模糊推理過(guò)程離線計(jì)算得 出一個(gè)模糊規(guī)則查詢表，實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)只要查表即可。

　　由模糊控制器的原理可見(jiàn)，模糊控制器采用模糊量進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)誤差小于zui小一級(jí)模糊量時(shí)將無(wú)法進(jìn)行控制，這必然造成穩(wěn)態(tài)精度的問(wèn)題。而要提高穩(wěn)態(tài)精度就必須增加模糊量的級(jí)數(shù)，這又會(huì)使模糊推理復(fù)雜化和增大查詢表，不利于實(shí)際應(yīng)用。而且模糊控制系統(tǒng)有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn):這就是它缺乏有效的學(xué)習(xí)機(jī)制。模糊神經(jīng)元控制系統(tǒng)的優(yōu)異之處則在于可以用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)機(jī)制補(bǔ)償模糊控制系統(tǒng)原有的缺點(diǎn);

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由神經(jīng)元按并行結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)可調(diào)的連接權(quán)值連接成的網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。由于對(duì)象模型的不準(zhǔn)確性、系統(tǒng)非線性和時(shí)變性的特點(diǎn)使得系統(tǒng)的控制并不理想。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)能力、泛化能力和非線性映射能力, 將模糊控制和神經(jīng)元控制結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不但可以解決二者應(yīng)用時(shí)的缺點(diǎn)，而且可以進(jìn)一步提高控制性能。

圖二
 

　　3.2 控制系統(tǒng)的分析和采用的算法

　　模糊控制算法

　　(1) 模糊化:用e表示測(cè)量值，用u表示模糊控制器的輸出值。首先對(duì)每個(gè)測(cè)量值和輸出值定義一個(gè)所考慮的范圍，如對(duì)測(cè)量值e1有所考慮的范圍[a1,b1]，該 范圍內(nèi)的所有e1構(gòu)成論域e1，同樣對(duì)于輸出值有論域u1。在每個(gè)論域上可以定義一些模糊子集，如對(duì)測(cè)量溫度值，可以定義為太高、稍高、合適、稍低、太低這樣幾個(gè)模糊子集。

　　(2) 控制規(guī)則:其規(guī)則形式為“if-then”型。如溫度偏高，且溫度上升速率較快，則應(yīng)該將輸出減少些(可控硅的導(dǎo)通角)。所有這些控制規(guī)則構(gòu)成了控制規(guī)則 集。在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制規(guī)則的可調(diào)整性對(duì)系統(tǒng)的控制特性影響很大，對(duì)此提出控制規(guī)則的解析描述。

　　(3) 模糊控制規(guī)則的解析描述:控制規(guī)則涉及的論域有三個(gè)，為偏差e，偏差變化率△e和控制量u。并將這些論域可用七個(gè)語(yǔ)言變量 (pl，pm，ps，o，ns，nm，nl)來(lái)描述，并分別將這七個(gè)語(yǔ)言變量分別定義為:

　　pl(正大)=3，pm(正中)=2，ps(正 小)=1，o(零)=0

　　ns(負(fù)小)=-1，nm(負(fù)中)=-2，nl(負(fù)大)=-3

　　(4) 帶有多個(gè)修正因子的控制規(guī)則:控制作用取決于偏差和偏差變化率。對(duì)二維控制系統(tǒng)而言，當(dāng)誤差較大時(shí)，控制系統(tǒng)主要任務(wù)是消除誤差，這樣對(duì)誤差在控制規(guī)則中的加權(quán)應(yīng)該大些;相反，當(dāng)誤差較小時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)接近穩(wěn)定(控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定)，為此必須減小超調(diào)。這樣就要求在控制中變化率起的作 用大些，即對(duì)偏差變化率的加權(quán)大些。根據(jù)上述思想，考慮到引入多個(gè)修正因子a0，a1，a2，a3

　　多個(gè)修正因子的控制規(guī)則可表示為:

　　式中的a0，a1，a2，a3 ，當(dāng)加權(quán)因子取:a0=0.45，a1=0.55，a2=0.65，a3=0.75

　　通過(guò)數(shù)字仿真得到較好的階躍響應(yīng)曲線。顯然采用解析表達(dá)式描 述的控制規(guī)則簡(jiǎn)單方便，更易于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　e:偏差，

　　△e:偏差變化率

　　模糊控制規(guī)則表如附表所示。

附表

　　3.3 程序流程圖

　　程序流程圖如圖3所示。

圖三

　　3.4 仿真

　　仿真在控制系統(tǒng)的研究、分析、開(kāi)發(fā)上有著非常重要的作用，隨著控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真也有了很多新的內(nèi)容和任務(wù)。將仿真系統(tǒng)和實(shí)際系統(tǒng)相連進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，讓仿真計(jì)算機(jī)和實(shí)際系統(tǒng)交互，計(jì)算機(jī)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析處理，從而可以建立精確數(shù)學(xué)模型、研究高級(jí)控制算法、調(diào)整控制器參數(shù) 以及建立壽命管理、專家診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)督和診斷功能。甚至可以直接利用仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制算法，自動(dòng)下載到實(shí)際控制器中，也可直接將運(yùn)行matlab等 仿真軟件的pc機(jī)通過(guò)接口連接到實(shí)際系統(tǒng)中作為控制器使用。燒結(jié)爐模糊神經(jīng)元控制系統(tǒng)的仿真圖如圖4所示。

圖四

　　(1) 仿真原理-matlab概述

　　matlab是當(dāng)今上zui流行的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)的語(yǔ)言和軟件工具。matlab軟件提供了可靠的數(shù)值運(yùn)算、圖像及圖形顯示與處理和高水平的圖形界面功能，以及與其他高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如c、fortran等的接口。matlab下，矩陣的運(yùn)算變得非常的容易，具有豐富的矩陣處理功能和繪圖功能。它已經(jīng) 成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的、全新的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言了。

　　圖5顯示的是溫度給定值t、1區(qū)溫度t1、2區(qū)溫度t2按給定曲線運(yùn)行的情況。從顯示曲線上可以看出，t1、t2基本上是按t的曲線運(yùn)行。

圖五
 

　　圖 6為scope1圖形顯示的是調(diào)節(jié)量u1、u2的變化曲線。此仿真結(jié)果將在后來(lái)調(diào)試中得到驗(yàn)證，其仿真效果達(dá)到要求。

圖六

　　4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，調(diào)試 

　　在實(shí)際運(yùn)行中，工藝曲線要求有升溫，保溫和降溫三段，降溫段為自然降溫。應(yīng)用模糊控制時(shí)，經(jīng)過(guò)不斷的修改控制策略和調(diào)節(jié)參數(shù)，使得燒結(jié)爐的實(shí)際溫度曲線與給定溫度曲線基本吻合;在恒溫和升溫狀態(tài)下，偏差在±5度以內(nèi)，在拐點(diǎn)處，偏差在±10度以內(nèi)?？刂浦芷跒?s。