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西門子FM450-1計數功能模塊
西門子產品訂貨號：6ES7450-1AP01-0AE0

西門子產品價格：98  RMB

西門子產品凈重：0.370 Kg

西門子產品承諾：質保一年，原裝*

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui為強大的 PLC。它可以成功實現全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業和過程工業系統解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結構并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到性能范圍內功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務的解決方案
• 模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務進行調整
• 可實現分布式結構，適用十分靈活
• 連接方便
• *通信和聯網功能
• 操作方便，設計簡單，不含風扇
• 任務增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 *控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復雜的技術任務（如開環控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現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 和編程任務的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現場總線。另外，還可以實現額外需要的與 MES/ERP 系統或 Internet 的連接。
• 工程組態和診斷：
  結合使用 SIMATIC 工程組態工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態圖和工藝圖的圖形化組態工具。

S7-400H

• 具有冗余設計的高可用性自動化系統。
• 用于具有很高故障安全要求的應用：
  重新啟動成本很高、停產代價高昂、幾乎不需要監視且維護選項較少的過程。
• 冗余設計的功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標準可用性的 I/O：單側配置
• 熱后備：發生故障時，自動切換到備用設備。
• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式*機架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關標準的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過冗余設計來實現容錯
• 不對安全相關 I/O 進行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規的 PROFIBUS DP 實現安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關應用的標準模塊也可以在自動化系統中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標準模塊。

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基于PLC的燒結爐模糊神經元控制系統的設計

　1 引言

　　燒結爐是特殊金屬冶煉行業中關鍵設備，在一定溫度下將金屬燒結在一起，爐溫的上下波動使燒結爐質量變差，導致產品合格率下降。而且低壓真空燒結爐是一個典型的大滯后大慣性對象，而且燒結材料的品種和裝爐容量經常改變，相當于對象模型參數是時變的，組成系統各元件和熱電偶，電磁閥等具有一定非線性，現場干擾 大，所以不易獲得精確的數學模型。由于以上情況，控制好爐子的工藝參數，使之相對穩定，對于提高產品的質量及節約電能是至關重要的，為此，我們設計了模糊神經元控制策略對燒結爐溫度控制。

　　2 控制系統的硬件結構及控制要求

　　2.1 控制系統結構

　　同傳統的繼電器控制系統相比，傳統的繼電器控制只能進行開關量的控制，而plc應用了微電子技術和計算機技術，既可進行開關量控制，又可進行模擬量控制，還能與計算機聯成網絡，實現分級控制。同dcs相比，不論是plc還是集散系統，在發展過程中，二者始終是相互滲透，互為補充,且plc比dcs有更好的性價比;從自動化控制系統的發展趨勢來看，全分布式計算機控制系統必然會得到迅速發展，將綜合plc與集散系統各自的優勢，并把兩者有機結合起來，形成一 種新型的全分布式的計算機控制系統。同工業微機控制相比，plc可靠性較工業微機高，編程簡單，易于操作，性能穩定。

　　基于以上分析，本系統采用德國西門子公司的s7系列plc構成，其性能十分可靠，技術成熟，價廉等優點，充分利用現存的測點和控制執行機構。其結構圖如圖 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、開關量輸入輸出模塊、操作面板、通訊電纜等。

圖一

　　2.2 控制系統要求

　　(1) △t>△tmax時停止計時，即不計入工作時間，調至范圍后繼續計時。

　　(2) 可手自動切換，切換到手動后保持自動時的數據不變。

　　(3) plc狀態數據(計數值、計時值)可掉電保持。

　　(4) 可判斷工作段。

　　(5) 計時以秒為單位步進，給定值、上位顯示值以1℃為單位步進。

　　3 模糊神經元控制方案，實現及仿真效果

　　3.1 模糊神經元控制

　　一個典型的模糊控制器它以系統的誤差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，再經模糊推理過程得到輸出控制量的模糊值u，經去模糊化后才得到實際的輸出u。一般應用時都將模糊推理過程離線計算得 出一個模糊規則查詢表，實時計算時只要查表即可。

　　由模糊控制器的原理可見，模糊控制器采用模糊量進行計算，當誤差小于zui小一級模糊量時將無法進行控制，這必然造成穩態精度的問題。而要提高穩態精度就必須增加模糊量的級數，這又會使模糊推理復雜化和增大查詢表，不利于實際應用。而且模糊控制系統有一個很明顯的缺點:這就是它缺乏有效的學習機制。模糊神經元控制系統的優異之處則在于可以用神經網絡的學習機制補償模糊控制系統原有的缺點;

　　神經網絡是由神經元按并行結構經過可調的連接權值連接成的網絡如圖2所示。由于對象模型的不準確性、系統非線性和時變性的特點使得系統的控制并不理想。而神經網絡具有學習能力、泛化能力和非線性映射能力, 將模糊控制和神經元控制結合起來，取長補短，不但可以解決二者應用時的缺點，而且可以進一步提高控制性能。

圖二
 

　　3.2 控制系統的分析和采用的算法

　　模糊控制算法

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

　　(2) 控制規則:其規則形式為“if-then”型。如溫度偏高，且溫度上升速率較快，則應該將輸出減少些(可控硅的導通角)。所有這些控制規則構成了控制規則 集。在模糊控制系統中，模糊控制規則的可調整性對系統的控制特性影響很大，對此提出控制規則的解析描述。

　　(3) 模糊控制規則的解析描述:控制規則涉及的論域有三個，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語言變量 (pl，pm，ps，o，ns，nm，nl)來描述，并分別將這七個語言變量分別定義為:

　　pl(正大)=3，pm(正中)=2，ps(正 小)=1，o(零)=0

　　ns(負小)=-1，nm(負中)=-2，nl(負大)=-3

　　(4) 帶有多個修正因子的控制規則:控制作用取決于偏差和偏差變化率。對二維控制系統而言，當誤差較大時，控制系統主要任務是消除誤差，這樣對誤差在控制規則中的加權應該大些;相反，當誤差較小時，此時系統已經接近穩定(控制系統的主要任務是使系統盡快穩定)，為此必須減小超調。這樣就要求在控制中變化率起的作 用大些，即對偏差變化率的加權大些。根據上述思想，考慮到引入多個修正因子a0，a1，a2，a3

　　多個修正因子的控制規則可表示為:

　　式中的a0，a1，a2，a3 ，當加權因子取:a0=0.45，a1=0.55，a2=0.65，a3=0.75

　　通過數字仿真得到較好的階躍響應曲線。顯然采用解析表達式描 述的控制規則簡單方便，更易于計算機實現。

　　e:偏差，

　　△e:偏差變化率

　　模糊控制規則表如附表所示。

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

　　仿真在控制系統的研究、分析、開發上有著非常重要的作用，隨著控制理論和計算機技術的進一步發展，計算機仿真也有了很多新的內容和任務。將仿真系統和實際系統相連進行實時仿真，讓仿真計算機和實際系統交互，計算機采集實時數據后，進行分析處理，從而可以建立精確數學模型、研究高級控制算法、調整控制器參數 以及建立壽命管理、專家診斷系統實現設備監督和診斷功能。甚至可以直接利用仿真系統設計控制算法，自動下載到實際控制器中，也可直接將運行matlab等 仿真軟件的pc機通過接口連接到實際系統中作為控制器使用。燒結爐模糊神經元控制系統的仿真圖如圖4所示。

圖四

　　(1) 仿真原理-matlab概述

　　matlab是當今上zui流行的控制系統輔助設計的語言和軟件工具。matlab軟件提供了可靠的數值運算、圖像及圖形顯示與處理和高水平的圖形界面功能，以及與其他高級程序設計語言，如c、fortran等的接口。matlab下，矩陣的運算變得非常的容易，具有豐富的矩陣處理功能和繪圖功能。它已經 成為一種具有廣泛應用前景的、全新的計算機高級編程語言了。

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

圖五
 

　　圖 6為scope1圖形顯示的是調節量u1、u2的變化曲線。此仿真結果將在后來調試中得到驗證，其仿真效果達到要求。

圖六

　　4 現場運行，調試 

　　在實際運行中，工藝曲線要求有升溫，保溫和降溫三段，降溫段為自然降溫。應用模糊控制時，經過不斷的修改控制策略和調節參數，使得燒結爐的實際溫度曲線與給定溫度曲線基本吻合;在恒溫和升溫狀態下，偏差在±5度以內，在拐點處，偏差在±10度以內。控制周期為1s。