6ES7215-1HF40-0XB0參數詳細

受控系統和執行器

受控系統

通過加熱系統控制室溫是受控系統的一個簡單示例。傳感器測量室溫并將溫度值傳送給控

制器。控制器將當前室溫與設定值進行比較，并計算加熱控制的輸出值（調節變量）。

如果 PID 控制器的設置正確，則會盡快達到此設定值，然后使其保持為常數值。輸出值

更改后，過程值通常僅隨時間延遲而變化。控制器必須針對此響應進行補償。

執行器

執行器是受控系統元件，受控制器影響。其功能是修改質量和能量流。

下表概述了執行器的應用。

應用 執行器

液體或氣體質量流 閥門、遮板、閘門閥

固體質量流，如大塊材料 鉸鏈式擋板、傳送帶、振動器通道

電流 開關觸點、接觸器、繼電器、可控硅

可變電阻、可調變壓器、晶體管

控制原理

2.1 受控系統和執行器

PID 控制

22 功能手冊, 11/2019, A5E35300232-AE

執行器分為以下幾種：

● 帶有恒定起動信號的比例執行器

這些元件用于設置開啟角度、角位置，或與輸出值成比例的位置。輸出值在控制范圍

內會對過程產生模擬量作用。

此組中的執行器包括彈簧支撐的氣動驅動器，以及構成位置控制系統的帶位置反饋的

電動驅動器。

連續控制器（如 PID_Compact）會生成輸出值。

● 帶脈沖寬度調制信號的比例執行器

這些執行器用于在采樣時間間隔內生成長度與輸出值成比例的脈沖輸出。執行器（如

加熱電阻或制冷裝置）在等時模式下接通，持續時間根據輸出值的不同而有所不同。

起動信號可呈現單極“打開"或“關閉"狀態，或表示雙極狀態，如“打開/關閉"、“向前/向

后"、“加速/制動"。

輸出值由兩位控制器（如具有脈寬調制的 PID_Compact）生成。

● 具有積分作用和三位起動信號的執行器

執行器經常由電機操作，操作周期與阻塞元件的執行器進給成比例。包括閥門、遮板

和閘門閥等元件。盡管所有這些執行器的設計有所不同，但它們都受到受控系統輸入

端的積分作用的影響。

步進控制器（如 PID_3Step）會生成輸出值。

詳細介紹

1．SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業，各種場合中的自動檢測、監測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。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；用浮點數運算比較有效地實現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賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（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。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、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總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。

3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據需要組合成不同的系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要

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受控系統

受控系統的屬性幾乎不受到影響，因為這些屬性是由過程和機械的技術要求決定的。 只

能通過為特定受控系統選擇合適的控制器類型以及調整控制器以適應受控系統的時間響

應，來實現可接受的控制結果。 因此，要對控制器的比例、積分和微分作用進行組態，

很有必要詳細了解受控系統的類型和參數。

受控系統類型

根據受控系統對輸出值階躍變化的時間響應來對受控系統進行分類。

受控系統有以下分類：

● 自調節受控系統

– 比例作用受控系統

– PT1 受控系統

– PT2 受控系統

● 非自調節受控系統

● 具有/不具有時間的受控系統

自調節受控系統

比例作用受控系統

在比例作用受控系統中，過程值幾乎會立即隨輸出值而變化。 過程值與輸出值之間的比

率由受控系統的比例 Gain 定義。

示例：

● 管道系統中的閘門閥

● 分壓器

● 液壓系統中的降壓功能

控制原理

2.2 受控系統

PID 控制

24 功能手冊, 11/2019, A5E35300232-AE

PT1 受控系統

在 PT1 受控系統中，過程值的變化最初與輸出值的變化成比例。 過程值的變化率隨時間

減小，直至達到最終值，即被延遲。

示例：

● 彈簧減震系統

● RC 元件的充電

● 由蒸汽加熱的貯水器。

加熱與制冷過程，或充電和放電特性的時間常量通常相同。 時間常量不同時，控制顯然

會更加復雜。

PT2 受控系統

在 PT2 受控系統中，過程值不會立即跟隨輸出值的階躍變化，即，過程值的增加與正向

上升率成正比，然后隨著上升率的下降而逼近設定值。 受控系統通過二階延遲元件顯示

比例響應特性。

示例：

● 壓力控制

● 流速控制

● 溫度控制

非自調節受控系統

非自調節受控系統具有積分響應。 過程值趨于無限大的值。

示例：

● 流入容器的液體

具有死時間的受控系統

死時間總是表示在系統輸出測量系統輸入的變化之前到期的運行時間或傳輸時間。

在具有死時間的受控系統中，過程值的變化將發生延遲，延遲時間等于死時間量。

示例：

傳送帶

 控制原理

2.3 控制部分的特征值

PID 控制

功能手冊, 11/2019, A5E35300232-AE 25

2.3 控制部分的特征值

根據階躍響應確定時間響應

受控系統的時間響應可根據輸出值 y 發生階躍變化之后的過程值 x 的時間特性來確定。大

多數受控系統為自調節受控系統。

時間響應可由使用變量延遲時間 T u 、恢復時間 T g 和最大值 X max 來大致確定。這些變量

可通過最大值的切點和階躍響應的轉折點來確定。在很多情況下，無法記錄達到最大值的

響應特性，因為過程值不能超過特定值。在這種情況下，上升率 v max 用于確定受控系統

(v max = Δ x /Δ t )。