用S7-200實(shí)現(xiàn)PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、裝訂線 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄第一章 前言 1 1.1 引言 1 1.2 論文研究的目的和主要內(nèi)容 1第二章 pid控制概述 2 2.1 自動(dòng)控制原理 2 2.2 pid控制原理 3第三章 plc介紹 53.1 plc發(fā)展現(xiàn)狀 53.2 plc的組成 83.3 plc的工作原理 103.4 plc的選擇 10第四章 程序設(shè)計(jì) 14 4.1 用s7-200實(shí)現(xiàn)pid控制系統(tǒng)圖 14 4.2 程序框圖 14 4.3 程序及注解 15 4.4 程序調(diào)試 24結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30第一章 前 言1.1 引 言目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展

2、也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口執(zhí)行機(jī)構(gòu),加到被控系統(tǒng)上;控制系統(tǒng)的被控量,經(jīng)過傳感器,變送器,通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng),其傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。而pid 控制又是自動(dòng)控制中非常重要的一種控制方法。目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中pid控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化

3、調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用pid控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)pid控制功能的可編程控制器(plc)，還有可實(shí)現(xiàn)pid控制的pc系統(tǒng)等等。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30多年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。因此用plc來實(shí)現(xiàn)pid控制也是一項(xiàng)非常重要的應(yīng)用。1.2 論文研究的目的和主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)對(duì)用plc實(shí)

4、現(xiàn)pid控制進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)出梯形圖。其目的一是增加人們對(duì)plc的認(rèn)識(shí)，了解plc的優(yōu)越性。二是通過用plc對(duì)pid控制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)pid控制的簡(jiǎn)化、通用性。三是通過這次設(shè)計(jì)對(duì)在校期間所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)練習(xí)。 本設(shè)計(jì)主要以德國西門子公司（siemens）s7-200來實(shí)現(xiàn)pid控制的。具體內(nèi)容有：1.從各種plc廠家的產(chǎn)品中選用一款合適的產(chǎn)品。2.根據(jù)pid控制原理和plc的工作原理設(shè)計(jì)出程序框圖。3.編制梯形圖及程序語句表。第二章 pid控制概述.1 自動(dòng)控制原理目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)

5、階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelli

6、gent regulator)，其中pid控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用pid控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn)pid控制功能的可編程控制器(plc)，還有可實(shí)現(xiàn)pid控制的pc系統(tǒng)等等。 可編程控制器(plc) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)pid控制，而可編程控制器(plc)可以直接與controlnet相連，如rockwell的plc-5等。還有可以實(shí)現(xiàn) pid控制功能的控制器，如rockwell 的logix產(chǎn)品系列，它可以直接與controlnet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 1、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop

7、 control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系 統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋( negative feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋 的閉環(huán)控制系

8、統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系 統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字 來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控 制精度

9、，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述。.2 pid控制原理在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用pid控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，

10、或 不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用pid控制技術(shù)。pid控制，實(shí)際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。1.比例（p）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。 p參數(shù)越小比例作用越強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越快，消除誤差的能力越強(qiáng)。但實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，控制輸出變化后，實(shí)際pv值變化還需等待一段時(shí)間才會(huì)緩慢變化。由于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，比例作用不宜太強(qiáng)，比例作用太強(qiáng)會(huì)引起系統(tǒng)振蕩不穩(wěn)定。p參數(shù)的大小應(yīng)在以上定量計(jì)算

11、的基礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)情況，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試決定，通常將p參數(shù)由大向小調(diào)，以能達(dá)到最快響應(yīng)又無超調(diào)(或無大的超調(diào))為最佳參數(shù)。2.積分（i）控制 前面已經(jīng)分析過，比例作用的輸出與誤差的大小成正比，誤差越大，輸出越大，誤差越小，輸出越小，誤差為零，輸出為零。由于沒有誤差時(shí)輸出為零，因此比例調(diào)節(jié)不可能完全消除誤差，不可能使被控的pv值達(dá)到給定值。必須存在一個(gè)穩(wěn)定的誤差，以維持一個(gè)穩(wěn)定的輸出，才能使系統(tǒng)的pv值保持穩(wěn)定。這就是通常所說的比例作用是有差調(diào)節(jié)，是有靜差的，加強(qiáng)比例作用只能減少靜差，不能消除靜差(靜差：即靜態(tài)誤差，也稱穩(wěn)態(tài)誤差)。 為了消除靜差必須引入積分作用，積分作用可以消除靜差，以使被控的pv值

12、最后與給定值一致。引進(jìn)積分作用的目的也就是為了消除靜差，使pv值達(dá)到給定值，并保持一致。 積分作用消除靜差的原理是，只要有誤差存在，就對(duì)誤差進(jìn)行積分，使輸出繼續(xù)增大或減小，一直到誤差為零，積分停止，輸出不再變化，系統(tǒng)的pv值保持穩(wěn)定，pv值等于sp值，達(dá)到無差調(diào)節(jié)的效果。 但由于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，輸出變化后，pv值不會(huì)馬上變化，須等待一段時(shí)間才緩慢變化，因此積分的快慢必須與實(shí)際系統(tǒng)的慣性相匹配，慣性大、積分作用就應(yīng)該弱，積分時(shí)間i就應(yīng)該大些，反之而然。如果積分作用太強(qiáng)，積分輸出變化過快，就會(huì)引起積分過頭的現(xiàn)象，產(chǎn)生積分超調(diào)和振蕩。通常i參數(shù)也是由大往小調(diào)，即積分作用由小往大調(diào)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)以

13、能達(dá)到快速消除誤差，達(dá)到給定值，又不引起振蕩為準(zhǔn)。3.微分（d）控制 前面已經(jīng)分析過，不論比例調(diào)節(jié)作用，還是積分調(diào)節(jié)作用都是建立在產(chǎn)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié)以消除誤差，都是事后調(diào)節(jié)，因此這種調(diào)節(jié)對(duì)穩(wěn)態(tài)來說是無差的，對(duì)動(dòng)態(tài)來說肯定是有差的，因?yàn)閷?duì)于負(fù)載變化或給定值變化所產(chǎn)生的擾動(dòng)，必須等待產(chǎn)生誤差以后，然后再來慢慢調(diào)節(jié)予以消除。 但一般的控制系統(tǒng)，不僅對(duì)穩(wěn)定控制有要求，而且對(duì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)也有要求，通常都要求負(fù)載變化或給定調(diào)整等引起擾動(dòng)后，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的速度要快，因此光有比例和積分調(diào)節(jié)作用還不能完全滿足要求，必須引入微分作用。比例作用和積分作用是事后調(diào)節(jié)(即發(fā)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié))，而微分作用則是事前預(yù)防控制，

14、即一發(fā)現(xiàn)pv有變大或變小的趨勢(shì)，馬上就輸出一個(gè)阻止其變化的控制信號(hào)，以防止出現(xiàn)過沖或超調(diào)等。 d越大，微分作用越強(qiáng)，d越小，微分作用越弱。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)通常把d從小往大調(diào)，具體參數(shù)由試驗(yàn)決定。 如：由于給定值調(diào)整或負(fù)載擾動(dòng)引起pv變化，比例作用和微分作用一定等到pv值變化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且誤差小時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分調(diào)節(jié)作用也小，糾正誤差的能力也小，誤差大時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分作用才增大。因?yàn)槭鞘潞笳{(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)指標(biāo)不會(huì)很理想。而微分作用可以在產(chǎn)生誤差之前一發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生誤差的趨勢(shì)就開始調(diào)節(jié)，是提前控制，所以及時(shí)性更好，可以最大限度地減少動(dòng)態(tài)誤差，使整體效果更好。但微分作用只能作為比例和積分控制的一種補(bǔ)充，不能

15、起主導(dǎo)作用，微分作用不能太強(qiáng)，太強(qiáng)也會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生振蕩，微分作用只能在p和i調(diào)好后再由小往大調(diào)，一點(diǎn)一點(diǎn)試著加上去。.pid控制的傳遞函數(shù)5. pid控制器的參數(shù)整定 pid控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。pid控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程

16、實(shí)際中被廣泛采用。pid控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng) 曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 pid控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到pid控制器的參數(shù)。 在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修

17、改。 對(duì)于溫度系統(tǒng)：p（%）20-60，i（分）3-10，d（分）0.5-3 對(duì)于流量系統(tǒng)：p（%）40-100，i（分）0.1-1 對(duì)于壓力系統(tǒng)：p（%）30-70，i（分）0.4-3 對(duì)于液位系統(tǒng)：p（%）20-80，i（分）1-5第三章 plc介紹3.1 plc發(fā)展現(xiàn)狀3.1.1可編程控制器的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱plc（programmable logic controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)plc做了如下定義： “plc是一種專門為在

18、工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?.1.2 plc的特點(diǎn)1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余cpu的plc的平均無故

19、障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從plc的機(jī)外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來p

20、lc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 plc用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控

21、制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 5體積小，重量輕，能耗低 以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.1.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電

22、路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3運(yùn)動(dòng)控制 plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制

23、模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、

24、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6通信及聯(lián)網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。3.1.4 plc的國內(nèi)外狀況 世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc是1969年美國數(shù)字

25、設(shè)備公司（dec）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的plc為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程

26、控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；

27、從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的s系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外

28、，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的plc生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。3.1.5 plc未來展望21世紀(jì)，plc會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面

29、，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。3.2 plc的組成盡管plc的型號(hào)、規(guī)格繁多，結(jié)構(gòu)各不盡同，介其主體均主要由微處理器（cpu）、存儲(chǔ)器、電源、輸入輸出等部分組成；各部分之間均采用總線連接。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。 圖3.1 plc的組成框圖一

30、、 微處理器（cpu）cpu是plc的核心，其主要作用為：（1） 接收從編程器輸入的用戶程序，并存入程序存儲(chǔ)器中；（2） 用掃描方式采集現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器中；（3） 執(zhí)行用戶程序，從程序存儲(chǔ)器中逐條取出用戶程序邏輯，經(jīng)過解釋程序解釋后逐條執(zhí)行，完成程序邏輯規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)程序規(guī)定的各種操作；（4） 通過故障自診斷程序，診斷plc的各種運(yùn)行錯(cuò)誤。二、 存儲(chǔ)器plc的存儲(chǔ)器用來存入程序和數(shù)據(jù)。程序可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩種。（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器該存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序及其它各種管理程序等。系統(tǒng)程序

31、由制造廠家提供，一般都固化在rom或eprom中。（2）用戶程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放用戶程序。用戶程序是用戶為解決實(shí)際問題并根據(jù)plc的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)cpu存入用戶程序存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器使用ram。（3）變量存儲(chǔ)器變量存儲(chǔ)器存放plc的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、i/o寄存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在cpu進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)需隨時(shí)讀出、更新有關(guān)內(nèi)容，所以變量存儲(chǔ)器也采用ram。三、 輸入輸出接口（1） 輸入接口 輸入接口的功能是采集現(xiàn)場(chǎng)各種開關(guān)接點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平，并入cpu處理。在開關(guān)量輸入電路中光電耦合器件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與plc

32、主機(jī)的電氣隔離，以提高抗干擾性。 在機(jī)械設(shè)備中，除開關(guān)量外，還常遇到一些模擬量如溫度、壓力、位移和速度等。對(duì)這些模擬量采集時(shí)于周期，必須經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換，將模擬量變成數(shù)字量后，才能為plc的cpu所接受。一些新的plc均具有模擬量輸入接口板供選用，如siemens公司的產(chǎn)品。（2） 輸出接口 為適應(yīng)不同的負(fù)載，輸出接口有多種方式。常用的有繼電器輸出方式、晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式。晶體管輸出方式用于直流負(fù)載；雙向晶閘管輸出方式用于交流負(fù)載；繼電器輸出方式既可用于直流負(fù)載，也可用于交流負(fù)載。 現(xiàn)有的plc還具有模擬量輸出接口，用于需要模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。四、 編程器編程器是plc主要的外部設(shè)備，

33、它用于用戶程序的輸入、修改、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用與顯示plc的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通信端口與plc連接。 plc的外部設(shè)備還有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、eprom寫入器及高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控設(shè)備等，供用戶根據(jù)需要選用。3.3 plc的工作原理plc是采用循環(huán)掃描的工作方式來完成控制的，每個(gè)掃描周期分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。一、輸入采樣階段每個(gè)掃描周期開始，控制器首先順序讀入所有輸入端的信號(hào)狀態(tài)（0或1），并逐一存入狀態(tài)寄存器中。輸入狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸入端子數(shù)目對(duì)應(yīng)，因而輸入狀態(tài)寄存器又稱為輸入鏡像寄存器。輸入采樣結(jié)束后，即使輸入狀態(tài)變化，輸入狀態(tài)寄

34、存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生改變，這些變化只能在下一周期的輸入采樣階段地被讀入。二、程序執(zhí)行階段組成plc用戶程序的每條指令都有順序號(hào)，在plc中稱步序號(hào)。程序是按步序號(hào)依次存入存儲(chǔ)單元的。程序執(zhí)行期間，地址計(jì)數(shù)器順序?qū)ぶ罚来沃赶蛎總€(gè)存儲(chǔ)單元，控制器順序執(zhí)行這些指令。對(duì)指令指定的輸入狀態(tài)寄存器、輸出內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)器的狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過輸出指令存入輸出狀態(tài)寄存器。輸出狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸出元件數(shù)目相對(duì)應(yīng)，所以它又稱為輸出鏡像寄存器。三、輸出刷新階段在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中所有的狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器的線圈，形成plc的實(shí)際

35、輸出。在一個(gè)周期執(zhí)行完畢后，地址計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初始地址，重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段的工作。一個(gè)掃描周期一般為2050ms。3.4 plc的選擇在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的這些自動(dòng)控制問題，若采用可編程序控制器(plc)來解決自動(dòng)控制問題已成為最有效的工具之一， plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題。硬件選購目前市場(chǎng)上的plc產(chǎn)品眾多，plc著名品牌1993年中國plc市場(chǎng)排行榜上的世界十大廠家：1.美國 ab公司 （allenbradley）2. 德國西門子公司（siemens）3.美國

36、gefanuc公司4.美國的莫迪康（modicon）和法國的te電器公司5.日本歐姆公司（omron）6.日本三菱電機(jī)株式會(huì)社（mitsubishi）7.日本富士電機(jī)株式會(huì)社（fuji electric）8.日本東芝公司（toshiba）9.日本的光洋電子（koyo）和中國的華光電子(cke)10.日本松下電工株式會(huì)社（mew）：matsushita electric works ltd）如何選購plc產(chǎn)品呢?1、系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用 plc單機(jī)控制，還是用plc形成網(wǎng)絡(luò)，由此計(jì)算plc輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，并且在選購plc時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量(10%)。2、確定負(fù)載類型根據(jù)p

37、lc輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及plc輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。3、存儲(chǔ)容量與速度盡管國外各廠家的plc產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個(gè)公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲(chǔ)容量和指令的執(zhí)行速度是兩個(gè)重要指標(biāo)。一般存儲(chǔ)容量越大、速度越快的plc價(jià)格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用plc產(chǎn)品。4、編程器的選購 pc編程可采用三種方式： 一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式

38、效率低，但對(duì)于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，造價(jià)也較低。二是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高。三是用 ibm個(gè)人計(jì)算機(jī)加plc軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的plc開發(fā)軟件包價(jià)格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長(zhǎng)短以及資金的情況合理選購plc產(chǎn)品。5、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級(jí)。隨著工業(yè)自動(dòng)化過程控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及對(duì)工業(yè)自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)的可

39、靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護(hù)性、人機(jī)界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個(gè)方面都提出了愈來愈高的要求, 同時(shí)也為工業(yè)自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向：1.系統(tǒng)之間的橫向數(shù)據(jù)交換日益增加 2.系統(tǒng)與管理層和現(xiàn)場(chǎng)儀表級(jí)的數(shù)據(jù)交換日益增加 3.現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用越來越廣泛 廠商的產(chǎn)品日益開放，通過opc、sql等技術(shù)使得不同系統(tǒng)之間的準(zhǔn)確、高速、大量的數(shù)據(jù)交換得以實(shí)現(xiàn)全集成，一體化的解決方案- 因此，傳統(tǒng)的dcs系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足90年代自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，siemens pcs7過程控制系統(tǒng)就是在這種形勢(shì)下開發(fā)的新一代過程控制系統(tǒng)，它是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面

40、向整個(gè)生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。siemens pcs7是西門子公司結(jié)合最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，在西門子公司s5，s7系列可編程控制器及teleperm系列集散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，面向所有過程控制應(yīng)用場(chǎng)合的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)。 siemens pcs7過程控制系統(tǒng)具備了以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)： 高度的可靠性和穩(wěn)定性；高速度，大容量的控制器；客戶/服務(wù)器的結(jié)構(gòu)；集中的，從上到下的組態(tài)方式；能靈活、可靠地嫁接于老系統(tǒng)；集中的，友好的人機(jī)界面；含有配方功能的批量處理包；開放的結(jié)構(gòu)，可以同管理級(jí)進(jìn)行通訊；同現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)溶為一體。 - siemens pcs7采用優(yōu)秀的上位機(jī)軟件wincc作為操作和監(jiān)控的人機(jī)界面

41、，利用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集和系統(tǒng)通訊，采用s7自動(dòng)化系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)控制單元實(shí)現(xiàn)過程控制，以靈活多樣的分布式i/o接收現(xiàn)場(chǎng)傳感檢測(cè)信號(hào)。 - siemens pcs7是基于全集成自動(dòng)化思想的系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過程數(shù)據(jù)庫和唯一的數(shù)據(jù)庫管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性和信息的準(zhǔn)確性。 - siemens pcs7的通訊系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)和profibus現(xiàn)場(chǎng)總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)站之間的數(shù)據(jù)通訊。- siemens pcs7采用符合iec61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高

42、級(jí)編程語言?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息及功能塊，可大大簡(jiǎn)化組態(tài)工作，縮短工程周期。siemens pcs7具有odbc、ole等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、profibus現(xiàn)場(chǎng)總線等開放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強(qiáng)的開放性，可以很容易地連接上位機(jī)管理系統(tǒng)和其它廠廠商的控制系統(tǒng)。 - siemens pcs7為全國統(tǒng)一價(jià)格，s7-200系列的價(jià)格一般在二千元左右。根據(jù)pid控制的特性，選擇s7-200系列。s7-200系列小型plc（micro plc）可以應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，低成本以及功能強(qiáng)大的指令集，使得s7-200控制器是各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。多種多樣的cpu尺寸及

43、電壓范圍以及基一windows 的編程工具，能更加靈活，方便地解決自動(dòng)化任務(wù)。第四章 程序設(shè)計(jì)4.1用s7-200實(shí)現(xiàn)pid控制系統(tǒng)圖4.2程序框圖4.3程序及注解初始化部分將pid的所有值復(fù)位，并定義了計(jì)算pid控制器的控制周期tc。 計(jì)算pid過程中，出現(xiàn)了某些數(shù)字方面的問題，以及控制周期tc的計(jì)算。由于掃描時(shí)間的限制，除法運(yùn)算通過位移來實(shí)現(xiàn)（1024近似為1000），而未調(diào)用專門的除法子程序。微分和積分是另外2個(gè)比較靈敏的數(shù)學(xué)運(yùn)算，采用如下公式： 處理過程中的反饋輸入變量來自仿真程序全長(zhǎng)370個(gè)字主程序vw100=過程變量（pv）輸入量如果模擬塊已準(zhǔn)備好，它將是一個(gè)模擬輸入字，并假設(shè)輸入

44、的最大范圍是-2047+2047vw102=新控制差值（運(yùn)行期間計(jì)算）e（n）vw104=為輸出值而設(shè)計(jì)的計(jì)算緩沖器vw106=輸出值vw108=設(shè)定值（在cpu214中，此值能夠從模擬調(diào)節(jié)裝置pots中調(diào)入）vw110=預(yù)置定時(shí)中斷個(gè)數(shù)，如果控制周期tc大于255ms，則在此內(nèi)存字中置數(shù)；技術(shù)tc的公式： vw110*vb113=tc（單位：ms）vw112=未用vw113=定時(shí)中斷0的時(shí)間（單位：ms）注意：若vw110是0，則控制周期tc=vw113（ms）； 若vw110大于0，則控制周期tc=vw110*vb113（ms）vw114=控制周期tc（vw110與vb113之積）vw11

45、6=未用vw118=比例增益。11000=0.00787.8 注意：例如，比例增益為1，可由vw118=128得到 注意：比例增益用于p.i.d部分,并與這3部分的和相乘.vw120=積分增益(11000=0.0011)vw122=微分增益(11000=0.0011)vw124=最大輸出值(-2047),這是允許的最小輸出值vw128=輸出上溢出,此值由啟動(dòng)時(shí),vw124值加1得到vw130=輸出下溢出,此值由啟動(dòng)時(shí),vw126值減1得到vw132=舊的控制差值(緩沖值,啟動(dòng)時(shí)置0)e(n-1)vw134=積分寄存器(緩沖值,啟動(dòng)時(shí)置0)vw136=積分運(yùn)算緩沖器vw138=積分值vw140=

46、微分運(yùn)算緩沖器vw142=微分值vw144=微分因子計(jì)算緩沖器vw146=微分因子,啟動(dòng)時(shí),由微分增益/控制周期1/ms得到 (此值實(shí)際用于控制器運(yùn)算)vw148至vw154=用于起動(dòng)運(yùn)算的運(yùn)算緩沖器vw156=定時(shí)中斷計(jì)算器vw200至vd214=用于反饋仿真子程序 對(duì)變量進(jìn)行正確復(fù)位 對(duì)仿真變量復(fù)位設(shè)置pid控制器參數(shù)初始化定時(shí)中斷下面4條指令是用來檢查中斷功能的，即在控制器的掃描時(shí)間內(nèi)輸出端q0.0的指示燈led閃爍積分部分積分部分比例部分及總和對(duì)輸出值的限幅反饋輸入通道梯形圖結(jié)束。4.4程序調(diào)試我們采用step-7 micro/win32來調(diào)試并監(jiān)控程序的運(yùn)行。最終證明程序運(yùn)行穩(wěn)定、可

47、靠。4.5程序語句表ld sm0.0call 0mendsbr 0ld sm0.0movd 0，vd100movd 0，vd104movb 0，vb112movd 0，vd114movd 0，vd128movd 0，vd132movd 0，vd136movd 0，vd140movd 0，vd144movd 0，vd148ld sm0.0movd 0，vd152movd 0，vd200movd 0，vd204movd 0，vd208movd 0，vd212movw 0，vw110movb 255，vb113movw 128，vw118movw 600，vw120movw 400，vw122mov

48、w 32000，vw124movw -32000，vw126ld sm0.0movb 0，vb150movb vb113，vb151ldw=vw110，1mul vw110，vd148ld sm0.0movw vw150，vw114movw vw150，vw154ld sm0.0incw vw150div 2，vd148movw 1000，vw146+1 vw150，vw146div vw154，vd144mul vw122，vd144ldd=vd144，32768stopld sm0.0movw vw124，vw128incw vw128movw vw126，vw130decw vw130m

49、ovb vb113，smb34atch 0.10movw 0，vw156eniretint 0ld sm0.0incw vw156ldw= vw156，vw110movw 0，vw156notcretild q0.0r q0.0，1nots q0.0，1ld sm0.0movw vw102，vw132movw vw108，vw102-1 vw100，vw102ld sm0.0movw vw102，vw138+1 vw132，vw138mul vw114，vd136+d 1024，vd136ldd= vd136，67108864movd 67108863，vd136ld sm0.0srd vd1

50、36，11ld v137.4s v138.7，1ld sm0.0+1 vw134，vw138movw vw138，vw134mul vw120，vd136+d 512，vd136ldd =vd136，33554432movd 33554431，vd136ld sm0.0srd vd136，10ld v137.5s v138.7，1ld sm0.0movw vw102，vw142-1 vw132，vw142mul vw146，vd140+d 512，vd140ldd= vd140，33554432movd 33554431，vd140ld sm0.0srd vd140，10ld v141.5s v142.7，1ld sm0.0movw vw138，vw106+1 vw142，vw106+1 vw102，vw106mul vw118，vd104+d 64，vd104ldd= vd104，2097152movd 2097151，vd104ld sm0.0srd vd104，7ld v104.0s v106.7，1ldw= vw106，vw128movw vw124，vw106