1、2022年10月5日星期三控制系统培训控制系统培训主题主题1.基本控制原理2.基本控制部件3.风机的工作状态4.PID控制回路5.Modbus通讯主题 1基本控制原理气动管路气动管路 旁路阀旁路阀风机风机进气阀进气阀电动机电动机启动器启动器PTCT4-20 mA4-20 mA4-20 mA止回阀止回阀控制阀门而进行排气压力的测量控制阀门而进行排气压力的测量控制阀门而进行排气压力的测量控制阀门而进行排气压力的测量 为了阀控制能够正常工作，必须对排气压力进行测为了阀控制能够正常工作，必须对排气压力进行测量量 在排气止回阀后面的系统管路上安装了一个压力传在排气止回阀后面的系统管路上安装了一个压力传感
2、器感器 PLC将测量到的压力值和压力设定点进行比较将测量到的压力值和压力设定点进行比较 根据差异以及根据差异以及PID设定，设定，PLC将会输送将会输送4-20毫安的毫安的信号来信号来“调节调节”进气阀进气阀/旁通阀。旁通阀。那么如何防止喘振？那么如何防止喘振？在达到喘振点之前打开旁通阀能够防止喘振。旁通在达到喘振点之前打开旁通阀能够防止喘振。旁通阀打开的那个点是最小负荷控制设定点（阀打开的那个点是最小负荷控制设定点（TL）。）。将一部分的空气吹到大气中，压缩空气系统能够得将一部分的空气吹到大气中，压缩空气系统能够得到它所需要的气体量。压缩机能够继续保持一个恒到它所需要的气体量。压缩机能够继续
3、保持一个恒定的气体容积，因此它可以防止喘振的出现。定的气体容积，因此它可以防止喘振的出现。喘振检测与联锁喘振检测与联锁喘振联锁电流设定值Ctrl_SurgeTL1.10当电机电流小于或等于喘振电流设定值时开始启动计时器(8秒)当电机电流小于喘振电流时快速开大放空阀计时到，喘振报警并停机若在计时过程中电流恢复正常(大于设定值)，则计时器复位即：连续8秒电流小于或等于喘振电流设定值就发出喘振报警信号并停机电机过载保护与联锁电机过载保护与联锁过载联锁电流设定值SP_OLHLL1.05HLL：电流上限目标值（额定电流）当电机电流大于或等于过载电流设定值时开始启动计时器(12秒)当电机电流大于过载电流时
4、快速关小进气阀计时到，过载报警并停机若在计时过程中电流恢复正常(小于设定值)，则计时器复位即：连续12秒电流大于或等于过载电流设定值就发出过载报警信号并停机死区控制死区控制防止阀门动作频繁允许一定的控制参数的波动压力死区：USER_PSP2例如：压力设定值70，死区是1.4KPa，压力在68.6和71.4之间时PID回路停止动作，当压力大于71.4时或小于68.6时PID回路起作用流量计算流量计算流量传感器根据电流计算流量（计算公式）流量(Nm3/h)K_C1Amp3 K_C2Amp2 K_C3Amp K_C4Amp：电机电流K_C1 K_C2 K_C3 K_C4 风机不同则以上系数也不同。启
5、动与停机启动与停机Coast_Timer_Max (单位：秒)惯性运转时间默认值：240启动步骤按下启动按钮放空阀开度100进气阀开度2030启动电机25秒后进气阀和放空阀进入自动控制状态启动与停机启动与停机停机步骤正常停机按下停机按钮自动卸载卸载完成后自动停机进气阀0，旁通阀100%紧急停机按下紧急停机按钮直接停机进气阀0，旁通阀100%故障停机有跳机故障信号时直接停机进气阀0，旁通阀100%报警与联锁停机报警与联锁停机温度或振动值超过跳车设定值喘振停机连续8秒电机电流低于喘振电流设定值喘振电流设定值TL1.10过载停机电机电流大于过载电流设定值时间超过12秒过载电流设定值HLL1.05按下
6、停车按钮或急停按钮启动器故障跳车远程停机主题 2基本控制部件控制盘控制盘主要部件主要部件PLC及扩展模块气动进气阀气动旁通阀测量仪表压力 0200 KPa振动 420mA:025.4 mm/s温度 Pt100电机电流 420mA:0500Amp流量PLC及扩展模块及扩展模块西门子S7-200 PLCCPU模块，224XP2路AI、1路AO、14路DI、10路DOEM231模拟量输入模块420mA，4通道EM231热电阻模块RTD类型设置为Pt100，4通道西门子AC/DC电源适配器提供PLC和回路用的24VDC电源PLC及扩展模块及扩展模块西门子S7-200 PLCCPU模块224XPEM23
7、1420mA输入EM231420mA输入EM231Pt100输入PLC及扩展模块及扩展模块224XPCPU单元420mA输出至旁通阀通讯口1至PC通讯口0至DCS系统DI接通指示DO接通指示DO，10通道DI，14通道扩展接口24VDC电源PLC及扩展模块及扩展模块EM231RTD和AI模块Pt100热电阻输入EM231热电阻模块24VDC电源EM231，420mA 输入模块420mA输入4通道24VDC电源扩展接口扩展接口PLC及扩展模块及扩展模块24VDC电源05Amp 交流 420mA 直流变送器24VDC电源模块主题 3风机的工作状态风机的工作状态风机的工作状态 不同的工作状态规定了对
8、进气阀和旁通阀的控制。不同的工作状态规定了对进气阀和旁通阀的控制。等待等待 未准备好未准备好 准备好准备好 启动启动 正在加载正在加载 最小负荷最小负荷 加载加载 满负荷满负荷 最大负荷最大负荷 正在卸载正在卸载 卸载完成卸载完成 惯性运转惯性运转风机的工作状态风机的工作状态 不同的工作状态规定了对进气阀和旁通阀的控制。不同的工作状态规定了对进气阀和旁通阀的控制。u StoppedStopped WaitingWaiting Not ReadyNot Ready ReadyReadyu RotatingRotating StartingStarting UnLoadedUnLoaded Loa
9、dingLoading MinLoadMinLoad LoadedLoaded FullLoadFullLoad MaxLoadMaxLoad UnLoadingUnLoading CoastingCoasting等待等待 WaitingInlet Valve:0%,Bypass Valve:100%Inlet Valve:0%,Bypass Valve:100%当重新给风机通电当重新给风机通电 防止机器在断电后防止机器在断电后重新通电时立即启重新通电时立即启动动 默认值是默认值是120120秒秒未准备好未准备好 Not ReadyInlet Valve:0%,Bypass Valve:100
10、%Inlet Valve:0%,Bypass Valve:100%当有跳车或者停机当有跳车或者停机的信号的时候的信号的时候 如果问题已经解决如果问题已经解决，按下复位键清除，按下复位键清除跳车信号跳车信号 紧急停机键被按下紧急停机键被按下准备好准备好 ReadyInlet Valve:0%,Bypass Valve:100%Inlet Valve:0%,Bypass Valve:100%当风机的所有许可当风机的所有许可条件都得到满足的条件都得到满足的时候，就会进入这时候，就会进入这个状态。个状态。启动启动 StartingInlet Valve:25%,Bypass Valve:Inlet V
11、alve:25%,Bypass Valve:100%100%一旦本地或者远端发出了一旦本地或者远端发出了“启动启动”指令，就会转入这指令，就会转入这个状态。个状态。所有报警以及跳闸功能在所有报警以及跳闸功能在这个阶段被屏蔽，以使风这个阶段被屏蔽，以使风机通过临界速度区域。机通过临界速度区域。在启动时经常处于空载。在启动时经常处于空载。设定：取决于达到额定速设定：取决于达到额定速度所需要的时间，最大值度所需要的时间，最大值为为6060秒。秒。卸载卸载 UnLoadedInlet Valve:25%,Bypass Valve:Inlet Valve:25%,Bypass Valve:100%100
12、%风机启动完成后先风机启动完成后先处于卸载状态，然处于卸载状态，然后将自动加载。后将自动加载。加载中加载中 LoadingInlet Valve:45%,Bypass Valve:100%Inlet Valve:45%,Bypass Valve:100%这个状态将会持续这个状态将会持续到达到最小负载的到达到最小负载的状态。时间间隔取状态。时间间隔取决于系统对空气的决于系统对空气的需求量。需求量。最小负荷最小负荷 MinLoadInlet Valve:45%,Bypass Valve:30%Inlet Valve:45%,Bypass Valve:30%这个状态存在于旁这个状态存在于旁通阀控制压
13、力的时通阀控制压力的时候，而进气阀在维候，而进气阀在维持最小加载设定点持最小加载设定点。如果系统压力低于如果系统压力低于设定点，旁通阀会设定点，旁通阀会开始关闭。当系统开始关闭。当系统压力超过或等于设压力超过或等于设定点的时候，旁通定点的时候，旁通阀会进行调节。阀会进行调节。已经加载已经加载 LoadedInlet Valve:75%,Bypass Valve:0%Inlet Valve:75%,Bypass Valve:0%这个状态存在于旁这个状态存在于旁通阀已经关闭，并通阀已经关闭，并且由进气阀控制压且由进气阀控制压力。力。进气阀将会根据系进气阀将会根据系统压力和设定点的统压力和设定点的关
14、系做出调节。关系做出调节。例如：如果系统压例如：如果系统压力低于设定点，进力低于设定点，进气阀会继续打开。气阀会继续打开。满负荷满负荷 FullLoadInlet Valve:100%,Bypass Valve:0%Inlet Valve:100%,Bypass Valve:0%这个状态存在于旁这个状态存在于旁通阀已经关闭而进通阀已经关闭而进气阀气阀100%100%打开。打开。进气阀并没有按照进气阀并没有按照设定点维持系统压设定点维持系统压力。力。最大负荷最大负荷 MaxLoadInlet Valve:86%,Bypass Valve:0%Inlet Valve:86%,Bypass Valv
15、e:0%这个状态存在于达这个状态存在于达到最大加载设定点到最大加载设定点，并且进气阀在进，并且进气阀在进行调整以控制马达行调整以控制马达电流达到最大加载电流达到最大加载设定。设定。最大负荷是用来防最大负荷是用来防止马达长时间在超止马达长时间在超过它额定工作范围过它额定工作范围内（内（FLAFLA）运行从而）运行从而受到损坏。受到损坏。正在卸载正在卸载 UnLoadingInlet Valve:15%,Bypass Valve:Inlet Valve:15%,Bypass Valve:100%100%如果本地或者远端如果本地或者远端发出卸载指令，压发出卸载指令，压缩机就会进入这一缩机就会进入这一
16、状态。旁通阀会开状态。旁通阀会开始慢慢打开到始慢慢打开到100%100%，而进气阀开始慢，而进气阀开始慢慢关闭直到它的进慢关闭直到它的进气阀卸载位置。气阀卸载位置。当两个标准都达到当两个标准都达到了，将会转入了，将会转入“已已经卸载经卸载”状态。状态。惯性运转惯性运转 CoastingInlet Valve:0%,Bypass Valve:100%Inlet Valve:0%,Bypass Valve:100%当跳闸或者停机的指令当跳闸或者停机的指令发出，而压缩机仍然处发出，而压缩机仍然处于运行状态。马达被断于运行状态。马达被断电后，压缩机会由于惯电后，压缩机会由于惯性运动过一段时间才会性运动
17、过一段时间才会达到静止。达到静止。这个状态存在于这个状态存在于“设设定定”文件夹中的时间文件夹中的时间设定已经超过，但是设定已经超过，但是机器仍然处于惯性运机器仍然处于惯性运动状态，要阻止压缩动状态，要阻止压缩机的重新启动。机的重新启动。主题 4PID控制回路反馈与前馈反馈与前馈 前馈控制前馈控制 控制器测量负载扰动并且在扰动影响控制器测量负载扰动并且在扰动影响系统之前修正控制输出值系统之前修正控制输出值 反馈控制反馈控制 控制器测量过程变量并和设定值进行控制器测量过程变量并和设定值进行比较，依据偏差大小做出控制响应比较，依据偏差大小做出控制响应变量变量设定点设定点控制器控制器被控制元件被控制
18、元件输出信号输出信号输出变量输出变量变量测定值变量测定值简单的闭环反馈控制回路简单的闭环反馈控制回路参考值参考值(设定值设定值)控制器控制器修正信号修正信号过程变量过程变量测量值测量值 PLC使用一个闭环控制回路使用一个闭环控制回路 误差误差=变量设定值变量设定值-变量测量值变量测量值什么决定控制输出什么决定控制输出 算法算法 精确的方程式决定控精确的方程式决定控制输出制输出 PIDPID参数参数 P P 比例带比例带 I I 积分常数积分常数 D D 微分常数微分常数系统压力系统压力设定值设定值PLCI/V定位器定位器输出信号输出信号输出变量输出变量CMC反馈控制回路反馈控制回路I/V执行器
19、执行器I/V动作动作阀位反馈阀位反馈风机动风机动态响应态响应CA压力压力变送器变送器系统压力系统压力测量值测量值系统响应系统响应比例带比例带(Pb)送给阀的信号随着实际系统压力和系统压力设定点之间的差异呈线性反应。误差的总和可以导致阀门全开 输出和误差也成比例哪些会影响可控性哪些会影响可控性比例带带来的问题比例带带来的问题 对比例带功能，误差总是存在 只有比例带的PID控制，过程变量和设定值总会有一定的稳态偏差 比例带越大，稳态偏差越大 比例带越小，稳态偏差越小哪些会影响可控性哪些会影响可控性积分时间积分时间(IT)根据存在的时间误差调整控制器输出，它也可以被视作多久控制器会进行误差重新调整
20、可以消除比例带控制带来的稳态偏差哪些会影响可控性哪些会影响可控性哪些会影响可控性哪些会影响可控性微分微分 控制器的输出和误差变化速度成正比 控制器观察可测变量上升或者下降的速度有多快 这有助于预测压力过头或者压力不足，从而在需求量变化期间对它进行限制 很少使用除非系统在过程中有突变，而且要求阀对变化很快作出反应PLC控制中的控制中的PID回路回路 有有4个个PID回路回路 IV_TL_PID最小负载进气阀PID控制最小负载设定点 IV_P_PID加载的进气阀PID控制压力设定点 IV_HLL_PID最大负荷进气阀PID控制最大负载设定点 BV_P_PID最小负载旁通阀PID控制压力设定点 在调
21、试回路的时候，必须处于要求的状态在调试回路的时候，必须处于要求的状态主题 5Modbus通讯Modbus通讯通讯针脚号 信 号 名 说 明 3RxD/TxD+数据线 B（RS485 信号正）8RxD/TxD-数据线 A（RS485 信号负）硬件连接PORT0波特率：9600校验：无数据位：8停止位：1Modbus通讯通讯RS485通讯，符合ModbusRTU通讯协议可以做为从站与其它系统通讯，如：DCS监视系统状态，如：运行、报警、停机等监视系统参数，如：压力、电流、温度、振动等修改系统压力设定值充分利用DCS系统的历史记录、曲线等功能PLC的事件记录功能较困难主题 6调试工具调试工具调试工具
22、编程通讯电缆USB/PPI多主站电缆6ES7-901-3DB30-0XA0RS-232/PPI多主站电缆6ES7 901-3CB30-0XA0编程软件MicroWin V4.0上传或下载程序程序运行监视程序在线调试调试工具调试工具USB/PPI编程电缆USB/PPI+电缆的 RS485 端口 DB9M 针脚信号定义针脚号 信 号 名 说 明 3RxD/TxD+数据线 B（RS485 信号正）8RxD/TxD-数据线 A（RS485 信号负）7P24V 24V 电源正 2M24V 24V 电源负（RS485 逻辑地）调试工具调试工具RS-232/PPI+编程电缆PC-RS232插头和PPI-RS
23、485插头的信号定义如下：PPI-RS485插头PC-RS232插头针号信号说明针号信号说明224V电源负（RS485逻辑地）2接收数据RD（从PC/PPI输出）3RS485信号B（RxD/TxD+）3发送数据SD（输入到PC/PPI）724V电源正4数据终端就绪DTR8RS485信号A（RxD/TxD-）5地（RS232逻辑地）9协议选择7请求发送RTSMicroWin V4.0通讯端口的选择通讯端口的选择PLC搜索搜索PLC搜索搜索成功成功失败失败PLC类型的选择类型的选择程序下装到程序下装到PLC控制参数修改控制参数修改选择相应的参数列表选择相应的参数列表方法方法1：方法方法2：控制参数修改控制参数修改实时数据显示实时数据显示 按下“状态表监控”按钮控制参数修改控制参数修改参数修改参数修改 在相应参数的新值栏中输入数据，点击“全部写入”按钮 可以一次写入多个数据 数据写入成功
