SIEMENS西门子 TP1500精智面板 6AV21240QC020AX1

           Siemens 为其产品及解决方案提供了工业信息安全功能，以支持工厂、系统、机器和网络的安 全运行。 为了防止工厂、系统、机器和网络受到网络攻击，需要实施并持续维护先进且全面的工业信息 安全保护机制。Siemens 的产品和解决方案构成此类概念的其中一个要素。 客户负责防止其工厂、系统、机器和网络受到未经授权的访问。只有在有必要连接时并仅在采 取适当安全措施（例如，防火墙和/或网络分段）的情况下，才能将该等系统、机器和组件连 接到企业网络或 Internet。 关于可采取的工业信息安全措施的更多信息，请访问。 Siemens 不断对产品和解决方案进行开发和完善以提高安全性。Siemens 强烈建议您及时更新 产品并始终使用Zui新产品版本。如果使用的产品版本不再受支持，或者未能应用Zui新的更新程 序，客户遭受网络攻击的风险会增加。 要及时了解有关产品更新的信息，请订阅 Siemens 工业信息安全 RSS 源，网址为。受控系统和执行器 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。 应用 执行器 液体或气体质量流 阀门、遮板、闸门阀 固体质量流，如大块材料 铰链式挡板、传送带、振动器通道 电流 开关触点、接触器、继电器、可控硅 可变电阻、可调变压器、晶体管。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。 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。 3.2 受控系统 受控系统的属性几乎不受到影响，因为这些属性是由过程和机械的技术要求决定的。 只能通 过为特定受控系统选择合适的控制器类型以及调整控制器以适应受控系统的时间响应，来实现 可接受的控制结果。 因此，要对控制器的比例、积分和微分作用进行组态，很有必要详细了 解受控系统的类型和参数。 受控系统类型 根据受控系统对输出值阶跃变化的时间响应来对受控系统进行分类。 受控系统有以下分类： • 自调节受控系统 – 比例作用受控系统 – PT1 受控系统 – PT2 受控系统 • 非自调节受控系统 • 具有/不具有时间的受控系统 自调节受控系统 比例作用受控系统 在比例作用受控系统中，过程值几乎会立即随输出值而变化。 过程值与输出值之间的比率由 受控系统的比例 Gain 定义。 示例： • 管道系统中的闸门阀 • 分压器 • 液压系统中的降压功能。

            PT1 受控系统 在 PT1 受控系统中，过程值的变化Zui初与输出值的变化成比例。 过程值的变化率随时间减 小，直至达到Zui终值，即被延迟。 示例： • 弹簧减震系统 • RC 元件的充电 • 由蒸汽加热的贮水器。 加热与制冷过程，或充电和放电特性的时间常量通常相同。 时间常量不同时，控制显然会更 加复杂。 PT2 受控系统 在 PT2 受控系统中，过程值不会立即跟随输出值的阶跃变化，即，过程值的增加与正向上升率 成正比，然后随着上升率的下降而逼近设定值。 受控系统通过二阶延迟元件显示比例响应特 性。 示例： • 压力控制 • 流速控制 • 温度控制 非自调节受控系统 非自调节受控系统具有积分响应。 过程值趋于无限大的值。 示例： • 流入容器的液体 具有死时间的受控系统 死时间总是表示在系统输出测量系统输入的变化之前到期的运行时间或传输时间。 在具有死时间的受控系统中，过程值的变化将发生延迟，延迟时间等于死时间量。 示例： 传送带。控制部分的特征值 根据阶跃响应确定时间响应 受控系统的时间响应可根据输出值 y 发生阶跃变化之后的过程值 x 的时间特性来确定。大多数 受控系统为自调节受控系统。时间响应可由使用变量延迟时间 Tu、恢复时间 Tg 和Zui大值 Xmax 来大致确定。这些变量可通过 Zui大值的切点和阶跃响应的转折点来确定。在很多情况下，无法记录达到Zui大值的响应特性， 因为过程值不能超过特定值。在这种情况下，上升率 vmax 用于确定受控系统 (vmax = Δx/Δt)。 受控系统的可控性可根据比率 Tu/Tg 或 Tu × vmax/Xmax 来估算。规则：脉冲控制器 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 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。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。对设定值变化和干扰的响应 对设定值变化的响应 过程值应尽快随设定值而变化。可通过Zui大限度地减小过程值的波动以及达到新设定值所需的 时间来改进对设定值变化的响应。干扰变量由具有积分作用的控制器进行校正。持久不变的干扰变量不会降低控制质量，因为控 制偏差相对较稳定。由于控制偏差波动，动态干扰变量会对控制质量产生较显著的影响。只能 通过缓动的积分作用来再次消除控制偏差。 可将可测量的干扰变量包含在受控系统中。这样会显著提高控制器的响应速度。 29 控制原理对设定值变化和干扰的响应 PID 控制 功能手册, 11/2022, A5E35300232-AF不同反馈结构中的控制响应 控制器的控制特性 控制器能否准确适应受控系统的时间相应，对于控制器准确稳定在设定值以及对干扰量做出Zui 佳响应起着决定性的作用。 反馈电路可具有比例作用 (P)、比例微分作用 (PD)、比例积分作用 (PI) 或比例积分微分作用 (PID)。 如果阶跃函数由控制偏差触发，则控制器的阶跃响应会因控制器类型而异。

            微分作用根据过程值的变化率生成输出值。 微分作用本身不适合进行控制，因为输出值仅随 过程值的阶跃而发生变化。 只要过程值保持恒定，输出值就不会再发生变化。 通过与比例作用相结合，可以改进对微分作用干扰的响应。 但无法完全校正干扰。 好的动态 响应是有好处的。 在逼近和设定值改变期间可实现获得有效衰减的非波动响应。 如果受控系统具有脉冲测量的量（例如，在压力或流量控制系统中），则具有微分作用的控制 器不适用。具有不同控制器结构的受控系统的响应 过程工程中的大多数控制器系统都可以通过具有 PI 作用响应的控制器进行控制。 在具有较长 空载时间的慢速控制系统情况中（例如，温度控制系统），可通过具有 PID 作用的控制器提高 控制结果。为指定受控系统选择控制器结构 对适用的控制器结构的选择 为实现zuijia控制结果，应选择适合于受控系统且可在特定限值范围内适应受控系统的控制器结 构。 下表概述了控制器结构与受控系统的适当组合。如果控制器具有 PID 结构，则积分作用时间的设置和微分作用时间的设置通常会相互结合。 比率 TI/TD 介于 4 和 5 之间，这对于大多数受控系统都是Zui优的。 在 PD 控制器中，不遵守微分作用时间 TD 并不重要。 对于 PI 和 PID 控制器，如果大部分情况下选择的积分作用时间 TI 过短，则会发生控制振荡。 如果积分作用时间过长，则会降低干扰的稳定速度。 不要希望进行第一次参数设置后，控制 回路工作状态就能达到“Zui优”状态。 经验表明，当系统处于 Tu / Tg > 0.3 “难以控制”状态时， 进行调整是很必要的。软件控制器概述 要组态软件控制器，需要使用包含控制算法的指令和工艺对象。软件控制器的工艺对象相当于 指令的背景 DB。控制器的组态数据保存在工艺对象中。与其它指令的背景数据块不同，工艺 对象并非存储在程序资源中，而是存储在 CPU > 工艺对象下。