第8章控制實(shí)例

1、PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 第8章 控制實(shí)例PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.1 S7-300控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 8.2 S7-300PLC的開關(guān)量控制 8.3 S7-300PLC的模擬量控制 8.4 乒乓控制和PID控制8.5 單回路液位控制系統(tǒng)8.6 鋼包底吹氬控制系統(tǒng)8.7 伺服電機(jī)控制系統(tǒng)8.7 習(xí) 題PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.1 S7-300控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 8.1.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)原則 任何一個(gè)電氣控制系統(tǒng)所要完成的控制任務(wù)，都是為了滿足被控對象（生產(chǎn)控制對象、自動化生產(chǎn)線、生產(chǎn)工藝過程等）提出的各項(xiàng)性能指標(biāo)，最大限度地提高勞動生產(chǎn)率，保證

2、產(chǎn)品質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度和危害強(qiáng)度，提高自動化水平。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循如下幾個(gè)基本原則。 1. 滿足要求 最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要前提。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究。收集控制現(xiàn)場的資料，收集控制過程中有效的控制經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)要注意要和現(xiàn)場的管理PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)人員、技術(shù)人員、工程操作人員緊密配合，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。2. 安全可靠 控制系統(tǒng)長期運(yùn)行中能否達(dá)到安全、可靠、穩(wěn)定，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。為了能達(dá)到這一點(diǎn)，要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。比如說，在硬件和軟件

3、的設(shè)計(jì)上應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下能正確運(yùn)行，而且在一些非正常情況下（如突然掉電再上電，按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。程序只能接受合法操作，對非法操作程序能予以拒絕等等。3. 經(jīng)濟(jì)適用PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的數(shù)量，從而為工程帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是，新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也會導(dǎo)致工程的投入和運(yùn)行資金的增加。在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的運(yùn)行成本，這就要求不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)即方便又低成本。4. 適應(yīng)發(fā)展 社會在不斷

4、地前進(jìn)，科學(xué)在不斷地發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也一定會不斷地在提高、不斷地在完善。因此，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到今后的發(fā)展、完善。這就要求在選擇PLC機(jī)型和輸入/輸出模塊要能適應(yīng)發(fā)展的需要，要適當(dāng)留有余量。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.1.2 PLC控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 在進(jìn)行可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡管有著不同的控制對象和設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)內(nèi)容可能涉及諸多方面，又需要與大量的現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備相連接，但是基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面。 （1）根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機(jī)型 單體控制的小系統(tǒng)單體控制的小系統(tǒng) 這種系統(tǒng)一般使用一臺可編程序控制器就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設(shè)備或多臺設(shè)

5、備中的一個(gè)功能。這種系統(tǒng)對可編程序控制器間的網(wǎng)絡(luò)問題要求不高，甚至沒有要求。但有時(shí)功能要求全面，容量要大，有些還要與原設(shè)備系統(tǒng)的其他機(jī)器連接。對這類系統(tǒng)的機(jī)型璇姐要注意三種情況。 一是設(shè)備集中情況：設(shè)備的功率較小，如機(jī)床。這是需選用局部式結(jié)構(gòu)，低電壓高密度輸入輸出模板。 二是設(shè)備分散情況：設(shè)備的功率大，如料場設(shè)備。這時(shí)需PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)選用離散式結(jié)構(gòu)，高電壓密度輸入輸出模板。三是有專門要求的設(shè)備情況：如飛剪。輸入輸出容量不是關(guān)鍵參數(shù)，重要的是控制速度功能，選用高速計(jì)數(shù)功能模板等。慢過程大系統(tǒng)慢過程大系統(tǒng)對運(yùn)行速度要求不高但設(shè)備間有連鎖關(guān)系，設(shè)備距離遠(yuǎn)，控制動作多，如大型料場、高爐

6、、碼頭，大型車站信號控制；也有的設(shè)備本身對運(yùn)行速度要求高，但是部分子系統(tǒng)要求并不高，如大型熱連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產(chǎn)機(jī)組和工供油系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)等。對這一類型對象，一般不選用大型機(jī)，因?yàn)樗幊獭⒄{(diào)試都不方便，一旦發(fā)瘋故障，影響面 也大。一般都采用多臺中小型和低速網(wǎng)相連接。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 由于現(xiàn)代生產(chǎn)的控制多為插件式模板結(jié)構(gòu)，它的價(jià)格是隨輸入輸出板數(shù)和智能模板的多少決定的。同一種機(jī)型輸入輸出點(diǎn)數(shù)少，則價(jià)格便宜，反之則貴。所以一般使用網(wǎng)絡(luò)連接后就不必要選大型機(jī)。這樣選用每一臺中小型可編程控制器控制一臺單體設(shè)備，功能簡化，程序好編，調(diào)試容易，運(yùn)行中一旦發(fā)生故障影響面小，且容

7、易查找。 快速控制大系統(tǒng)快速控制大系統(tǒng) 隨著可編程器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制它已逐步進(jìn)入了設(shè)備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。 在這樣的系統(tǒng)中及時(shí)選用輸入輸出容量大、運(yùn)行速度快、計(jì)算功能強(qiáng)的一臺大型可編程序器也難以滿足控制要求。如用多臺可編程控制器，則有互相間信息交換與系統(tǒng)響應(yīng)要求快的矛盾。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 采用可靠的高網(wǎng)速能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要求。高網(wǎng)速一般價(jià)格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。 對信息交換速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng)，也可以采用可編程序器的輸出端口與另一臺可編程控制

8、器的輸入端口硬件互聯(lián)，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當(dāng)然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點(diǎn)占用太多。（2）根據(jù)控制對象選擇機(jī)型 根據(jù)控制對象要求的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可以估計(jì)出PLC的規(guī)模。根據(jù)控制對象的特殊要求，可以估計(jì)出PLC的性能。根據(jù)控制對象的操作規(guī)則可以估計(jì)出控制程序所占內(nèi)存的容量。有了這些初步的估計(jì)，會使得機(jī)型的選擇的可行性更大了 。為了對控制對象進(jìn)行粗估，首先要了解下列問題。對輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)對開關(guān)量輸入，按參數(shù)等級分類統(tǒng)計(jì)。對開關(guān)量輸出，按輸出功率要求及其它參數(shù)分類統(tǒng)計(jì)。對模擬量輸出/輸入，按點(diǎn)數(shù)進(jìn)行粗估。 對PLC性能要求

9、的估計(jì) 是否要特殊控制功能要求，如高速計(jì)算器等。 機(jī)房離現(xiàn)場的最遠(yuǎn)距離為多少？ 現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度有何要求。 在此基礎(chǔ)上選擇控制器時(shí)尚需注意兩個(gè)問題。 其一是PLC可帶I/O點(diǎn)數(shù)。有的手冊或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點(diǎn)數(shù)或最大輸出點(diǎn)數(shù)，常意味著只插輸入或輸出模塊的容量，即實(shí)際給出的是輸入輸出容量之和。有時(shí)也稱為掃描容量，需格外注意。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 其二是PLC通訊距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時(shí)叫最大距離，包括遠(yuǎn)程I/O板在內(nèi)達(dá)到的距離。但遠(yuǎn)程I/O板的I/O反應(yīng)速度大大下降，一般為19.2K波特率。 對所需內(nèi)存容量的估計(jì) 用戶程序所需內(nèi)存與下列因素有關(guān) 邏輯量輸入輸出

10、點(diǎn)數(shù)的估計(jì) 模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì) 內(nèi)存利用率的估計(jì) 程序編程者的編程水平的估計(jì) 從上面內(nèi)容的綜合可以選擇合適的機(jī)型2. 選擇接口設(shè)備 目前PLC的產(chǎn)品很多，在選擇機(jī)型和接口設(shè)備時(shí)要注意選擇質(zhì)量好，控制可靠的產(chǎn)品。這里所說的接口設(shè)備包PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)含兩類。一類是PLC自身的I/O模塊、功能模塊；一類是和接口模塊相連的外部設(shè)備。對于PLC自身的模塊選擇主要注意兩個(gè)問題。接口設(shè)備和PLC模塊對接 這一點(diǎn)請注意模塊的型號、規(guī)格要配套。最好類型、型號一致，這樣才能使對接的方便、可靠、穩(wěn)定。 PLC模塊和外部設(shè)備對接 這就考慮到模塊和外部設(shè)備要匹配，要性能匹配、速度匹配、電平匹配。不僅

11、要注意它們的穩(wěn)態(tài)特性。也要注意它們的動態(tài)特性。在系統(tǒng)的硬件選定之后，主要的問題是程序設(shè)計(jì)。為了能夠便于程序設(shè)計(jì)，便于日常維護(hù)，合理地分配輸入/輸出點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)貙斎?輸出點(diǎn)進(jìn)行命名，完整的編制輸入輸出變量表是必要的。 3. 分配輸入輸出點(diǎn)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)輸入輸出定義是指整體輸入輸出點(diǎn)的分布和每個(gè)輸入輸出點(diǎn)的名稱定義，它們會給程序編制、系統(tǒng)調(diào)試和文本打印等帶來很多方便。 （1）單臺PLC系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的分配一臺可編程序控制器完成多個(gè)功能，若把輸入輸出點(diǎn)統(tǒng)一按順序排列，則會給編寫程序與調(diào)試程序帶來不便。如果把輸入輸出點(diǎn)分組按控制設(shè)備把輸入、輸出點(diǎn)分組，同一個(gè)設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)相對集中

12、，會給程序編寫與調(diào)試帶來方便。 （2）多臺PLC系統(tǒng)中輸入輸出點(diǎn)的分配多臺可編程序控制器系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)整體要求，按控制類別統(tǒng)一分組，規(guī)定出每臺可編程序控制器都要遵循的原則，對其多道工序進(jìn)行控制。這些工序雖然控制內(nèi)容不同，所用設(shè)備也很不相同。但是所控制的對象總起來可以分幾類，比如各工序的控制器都有控制臺、電源、電機(jī)、輸入檢測信號、輸出控制信號等等。能按類對各臺PLC的輸入/輸PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)出統(tǒng)一分組，統(tǒng)一編號，則可以十分有利于編程和維修。4. 建立輸入輸出變量表（1）輸入輸出點(diǎn)信號名稱定義 輸入/輸出點(diǎn)名稱定義要簡短，明確，合理。下面提出邏輯變量在名稱定義時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的問題。 信號

13、的有效狀態(tài) 有些信號在“1”狀態(tài)有效，有些信號在“0”狀態(tài)有效。在名稱定義上也有對“1”信號有效還是對“0”信號有效的問題。 信號有效方式 持續(xù)狀態(tài)有效，在編程序時(shí)，使用的是信號的狀態(tài)。例如I0.0=1時(shí)系統(tǒng)啟動，I0.1=0系統(tǒng)停止。 信號狀態(tài)變化有效是指信號由一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)變化時(shí)，發(fā)出的控制要求。當(dāng)一個(gè)電機(jī)的啟動和停止由兩PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)（2）建立內(nèi)存變量分配 輸入輸出點(diǎn)占用PLC的一部分內(nèi)存單元，即輸入輸出映像區(qū)。此外，一個(gè)應(yīng)用程序還會用到定時(shí)器計(jì)數(shù)器和一系列的PLC內(nèi)部變量，在編制程序之前，對于程序可能用到的各種變量都要充分考慮，并建立內(nèi)存變量分配表。內(nèi)存變量分配表

14、包個(gè)按鈕完成的時(shí)候，就是這種情況。電機(jī)啟動按鈕是能自動回位的常開節(jié)點(diǎn)，按下啟動按鈕時(shí)，I2.0的狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?”，發(fā)出電機(jī)啟動要求，抬起時(shí)啟動按鈕，I2.0自動復(fù)位由“1”變“0”，已不再影響對電機(jī)的控制。模塊號輸入端子號輸出端子號地址號信號名稱說明CPU3142SM32111I0.0一號電機(jī)啟動，上升沿有效按鈕1控制SM32211Q4.0一號電機(jī)輸出，ON有效一號電機(jī)輸出輸入輸出變量表輸入輸出變量表PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.1.3 程序設(shè)計(jì)的方法與過程程序設(shè)計(jì)的方法與過程1. 設(shè)計(jì)方法時(shí)序流程圖法： 道S7300的符號表內(nèi)，就可以用變量名稱代替變量地址編寫程序。模塊號輸入端子號

15、輸出端子號地址號信號名稱說明CPU3142SM32111I0.01號電機(jī)啟動，上升沿有效按鈕1 控制SM32211Q4.0一號電機(jī)有效，ON有效一號電機(jī)輸出CNTC9一號電機(jī)輸出轉(zhuǎn)數(shù)整數(shù)內(nèi)存變量表PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 時(shí)序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖，再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，最后把程序框圖寫成PLC程序。時(shí)序流程圖法很適合于以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。 步進(jìn)順序法： 一般比較復(fù)雜的程序，都可以分成若干個(gè)功能比較簡單的程序段，一個(gè)程序段可以看作整個(gè)控制過程的第一步。從這個(gè)角度去看，一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個(gè)步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實(shí)際上可以認(rèn)

16、為在不同的時(shí)刻或者在不同 進(jìn)程中去完成對各個(gè)步的控制。 經(jīng)驗(yàn)法編程： 經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己或者別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序當(dāng)成是自己的“試驗(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗(yàn)，有的是來自自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過PLC編程軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線火災(zāi)險(xiǎn)編程、離線方針和在線調(diào)試等等。S7-300的編程軟件“STEP7”，仿真軟件“PLCSIM”和“WINCC”等都是S7-300系列PLC編程專用軟件。

17、使用這些編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試。 2. 設(shè)計(jì)過程 對系統(tǒng)任務(wù)分塊 分塊的目的就是把一個(gè)復(fù)雜的工程，分解成多個(gè)比較簡單的小的任務(wù)。這樣就把一個(gè)復(fù)雜的大的問題化為多個(gè)簡單的小的問題。這樣是便于編制程序。 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 從邏輯關(guān)系圖上可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 這一結(jié)果又應(yīng)該導(dǎo)出那些動作。這個(gè)邏輯關(guān)系可以是一各個(gè)控制活動為基準(zhǔn)，也可以是以整個(gè)活動的時(shí)間節(jié)拍為準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了輸入與輸出的關(guān)系。 繪制各種電路圖 在繪制PLC的輸入電路時(shí)，要考慮到輸入端的電壓或者電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定

18、條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到PLC的輸入端，把高壓引導(dǎo)到PLC的輸入端對PLC造成比較大的傷害。 在繪制PLC的輸出電路時(shí)，不僅要考慮到PLC輸出模塊代負(fù)載能力和耐電壓能力，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個(gè)電路的繪制中還要考慮就設(shè)計(jì)的原則，努力提高穩(wěn)定性和可靠性。在電路的設(shè)計(jì)上需要謹(jǐn)慎全面。在繪制電路圖時(shí)要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)編制PLC程序并進(jìn)行模擬調(diào)試。制作控制臺與控制柜現(xiàn)場調(diào)試編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運(yùn)行 經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以后，控制電路和控制程序基本被確定了。這時(shí)就要全面整理技術(shù)文件，包括整理電路圖PLC程序使用說

19、明及幫助文件。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.2 S7-300PLC的的開關(guān)量開關(guān)量控制控制1. 關(guān)于開關(guān)量控制系統(tǒng) 開關(guān)量控制是指控制系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號都是只有兩個(gè)狀態(tài)的開關(guān)量。這類系統(tǒng)包含手動單次和自動控制。這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要特別注意I/O模塊的隔離接口的匹配和功率的消耗問題。 手動控制 手動控制在調(diào)試維修過程中是不可少的。 單次控制 這種控制的特點(diǎn)是一旦控制被啟動起來以后，控制過程將自動完成一個(gè)周期。如果系統(tǒng)需要再次啟動，則必須再次人工啟動。這種系統(tǒng)更便于參數(shù)的修改、調(diào)整。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 自動控制 系統(tǒng)啟動以后，可以按照工程要求進(jìn)行控制。整個(gè)控制過程無人工干預(yù)。系統(tǒng)

20、對輸入/輸出要求都很嚴(yán)格，系統(tǒng)的可靠性、安全性尤為重要。 2. 開關(guān)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 （1）機(jī)械手控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計(jì) 控制要求： 機(jī)械手一個(gè)循環(huán)周期可分為八步。 控制方式：自動、單動和手動。如圖8-7所示PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)圖8-7機(jī)械手控制示意圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)下面討論自動控制過程。硬件選擇： 表8-5 輸入輸出地址分配表模塊號輸入端子號輸出端子號地址號信號名稱說明CPU314123456789101112131412345I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.

21、3Q0.4自動啟動,“1”有效單動啟動,“1”有效手動啟動,“1”有效停止,“1”有效高位,“1”有效低位， “1”有效左位,“1”有效右位,“1”有效手動下降,“1”有效手動上升,“1”有效手動夾緊,“1”有效手動左移,“1”有效手動右移,“1”有效A 臺有工作,“1”有效下降,“1”有效上升,“1”有效右移， “1”有效左移,“1”有效夾緊,“1”有效按鈕按鈕按鈕按鈕限位開關(guān)限位開關(guān)限位開關(guān)限位開關(guān)按鈕按鈕按鈕按鈕按鈕光電耦合器電磁閥電磁閥電磁閥電磁閥電磁閥PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)由時(shí)序流程圖設(shè)計(jì)程序： 由時(shí)序流程圖設(shè)計(jì)程序，首先要把整個(gè)工程的各個(gè)任務(wù)分成多個(gè)時(shí)序，在不同的時(shí)序中完成

22、不同的任務(wù)。例如本例子中可分成8個(gè)時(shí)序。用M1.0、M1.1M1.7分別表述各個(gè)時(shí)序的特征位。當(dāng)M1.0=1時(shí)為機(jī)械手下降1時(shí)序，M1.1為機(jī)械手抓緊時(shí)序等。線性結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)（S7-PR23）如圖8-10所示圖8-10 機(jī)械手動作時(shí)序圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)機(jī)械手動作程序全部在OB1塊中，如圖8-11所示PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)圖圖8-11 機(jī)械手動作程序機(jī)械手動作程序系統(tǒng)運(yùn)行仿真如圖系統(tǒng)運(yùn)行仿真如圖8-12所示所示PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)圖8-12系運(yùn)行仿真圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.3 S7-300PL

23、C的的模擬量控制模擬量控制8.3.1 模擬量模擬量I/O模塊模塊1. 模擬量模塊的作用 連續(xù)變化的物理量稱為模擬量，比如溫度、壓力、速度、流量等。 CPU 是以二進(jìn)制格式來處理模擬量。模擬量輸入模塊的功能是將模擬過程信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。模擬量輸出模塊的功能是將數(shù)字輸出值轉(zhuǎn)換為模擬信號。模擬量處理流程如圖8-13所示：PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 模擬量輸入流程是：通過傳感器把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺@個(gè)電信號可能是離散性的電信號，需要通過變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬量電壓或電流信號，模擬量模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)的電信號后通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c模擬量成比例的數(shù)字信號，并存放在緩沖器里，CPU通過“L PIWx

24、”指令讀取模擬量模塊緩沖器的內(nèi)容，并傳送到指定的存儲區(qū)中待處理。 模擬量輸出流程是：CPU通過“T PQWx”指令把指定的數(shù)字量信號傳送到模擬量模塊的緩沖器中，模擬量模塊通過D/A轉(zhuǎn)換器，把緩沖器的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤臉?biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號，標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器動作，完成模擬量控制。2. 模擬量I/O模塊 可以在STEP7中為模擬量模塊定義全部參數(shù)，然后將這些參數(shù)從STEP7下載到CPU。CPU在STOPRUN切換過程中將各參數(shù)傳送至相應(yīng)的模擬量模塊。另外，還要根據(jù)需要設(shè)置各模塊的量程卡。可以選擇兩種方法設(shè)置模擬量輸入通道的測量方法和量程：（1）使用量程模塊和在STEP7中定義模擬量模塊全

25、部參數(shù)。（2）通過模擬量模塊上的接線方式，并在STEP7中定義模擬量模PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)擬量模塊全部參數(shù)。 量程模塊連接在模擬量輸入模塊旁。在安裝模擬量輸入模塊之前，應(yīng)先檢查量程模塊的測量方法和量程，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。模擬量模塊的標(biāo)簽上提供了各種測量方法和量程的設(shè)置。量程模塊的可選設(shè)置為“A”、“B”、“C”和“D”，如表8-7所示。量程模塊設(shè)置測量方法測量范圍A電壓-10001000mVB電壓-1010VC電流：4線傳感線420mVD電流：2線傳感器420mV表8-7量程模塊可選設(shè)置表PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 模擬量輸出模塊的參數(shù)可以在STEP 7中設(shè)置。如果未在STEP

26、 7中設(shè)置任何參數(shù)，系統(tǒng)將使用默認(rèn)參數(shù)。 模擬量輸出模塊的參數(shù)有診斷中斷、組診斷、輸出類型選擇（電壓、電流或禁用）、輸出范圍選擇及對CPU STOP模式的響應(yīng)。 模擬量輸出模塊可為負(fù)載和執(zhí)行器提供電源。模擬量輸出模塊使用屏蔽雙絞線電纜連接模擬量信號至執(zhí)行器。敷設(shè)QV和S+以及M和S-兩對信號雙絞線，以減少干擾，電纜兩端的任何電位差都可能導(dǎo)致在屏蔽層產(chǎn)生等電位電流，進(jìn)而干擾模擬信號。為防止發(fā)生這種情況，應(yīng)只將電纜一端的屏蔽層接地。 3. S7-300模擬量模塊的尋址 對于模擬量I/O模塊，CPU為每個(gè)槽位分配了16字節(jié)（8個(gè)模擬量通道）的地址，每個(gè)模擬量I/O通道占用一個(gè)字地址（2字節(jié)）。S7-

27、300對模擬量I/O模板默認(rèn)的地址范圍如表8-8所示。PSIM640To654656To670675To686688To702704To718720To734736To750752To766表8-8S7-300對模擬量I/O模板默認(rèn)地址范圍機(jī)架機(jī)架3PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)具體的模版確定實(shí)際的地址范圍。如果在機(jī)架0的4號槽位安裝的是4通道的模擬量輸入模版，則實(shí)際使用的地址范圍為PIW256，PIW258，PIW260和PIW262；如果在機(jī)架0的4號槽位安裝的是2通道的模擬量輸出模版，則實(shí)際使用的地范圍為PQW256和PQW258。機(jī)架 2機(jī)架 1機(jī)架 0PSIM5

28、12To526528To542544To558560To574576To590592To606608To622624To638PSIM384To398400To414416 To430432To446448To462464To478480To494496To510PSCPUIM256To270272To286288To302304To318320To334336To350352To366368To382PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.3.2 模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1. 關(guān)于模擬量控制系統(tǒng) 模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號為模擬量的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制

29、。 閉環(huán)控制根據(jù)其設(shè)定值的不同，又可分為調(diào)節(jié)系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)兩種。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè) 定值是由控制系統(tǒng)的控制器給出，控制器的作用就是使反饋值向給定值靠近，以反饋值對設(shè)定值的偏差最小為目的。隨動系統(tǒng)的設(shè)定值是由被控制對象給出的，控制器的作用就是使控制目標(biāo)不斷地向被控對象靠近。各種跟蹤系統(tǒng)都是隨動系統(tǒng)。 模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意抗干擾問題。解決干擾的辦法有4個(gè)。 其一是接地問題。這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。這里所說的接地就是接大地。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 其二是模擬信號線的屏蔽向題，屏蔽線的始端和終端都要接地。信號線的屏蔽是防止干擾的重要措施。 其三是對某些高頻信號要解決匹

30、配問題。如果不匹配很容易在信號傳送中引進(jìn)干擾，使信息失真。 其四是對信號進(jìn)行濾波。2.模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 （1）攪拌控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計(jì)（S7-PRO111）初始狀態(tài)及操作工藝如圖8-14所示 圖圖8-14 攪拌控制系統(tǒng)工藝攪拌控制系統(tǒng)工藝PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-15所示OB1塊 PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)OB100塊塊 圖圖8-15 攪拌控制系統(tǒng)程序攪拌控制系統(tǒng)程序PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)I0.0=ONPIW256=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=

31、ON Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T2=ON Q4.3=OFF系統(tǒng)仿真如圖8-16所示 圖8-16 攪拌系統(tǒng)仿真PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)（3）結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)（S7-PRO112）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-17所示 圖8-17系統(tǒng)結(jié)構(gòu)攪拌控制系統(tǒng)程序如圖8-18 OB1塊PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)FB1 FC1 FC2PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)OB100DB1DB2PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)I0.0=ONPIW256=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=ON

32、Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T2=ON Q4.3=OFF攪拌控制系統(tǒng)仿真如圖8-19所示圖8-19 攪拌控制系統(tǒng)仿真圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.4 關(guān)于乒乓控制和關(guān)于乒乓控制和PID控制控制8.4.1 乒乓控制 在控制領(lǐng)域，乒乓控制器（開關(guān)控制器），也被成為滯回控制器，這是一種在兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的控制器，這種控制器可以通過任何存在滯回的元素實(shí)現(xiàn)。乒乓控制經(jīng)常應(yīng)用于二元輸入的情況下，例如控制一個(gè)要么開要么關(guān)的爐子。最常見的家里用的恒溫控制器就是乒乓控制器。 乒乓控制的信號可以是離散狀態(tài)的階躍響應(yīng)函數(shù)，由于控制信號不是連續(xù)的，使用乒乓控制器的系統(tǒng)一般是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

33、，乒乓控制器也就成了變結(jié)構(gòu)控制器。1. 乒乓控制算法如圖8-20所示圖8-20 乒乓算法PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)2. 乒乓控制算法的實(shí)現(xiàn)（S7_PRO113）如圖8-21所示FC1塊PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)DB1塊OB1塊 圖8-21 乒乓算法程序乒乓算法仿真如圖8-22所示 檢測值小于低限，輸出為ON。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)檢測值大于低限，輸出為OFF。圖8-22 乒乓算法仿真8.4.2 關(guān)于關(guān)于PID控制控制1. 閉環(huán)PID控制如圖8-23所示PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) PID控制器管理輸出數(shù)值，以便將偏差(e)為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值（SP）和過程變

34、量（PV）的差。2. PID算法 PID控制原則以下列公式為基礎(chǔ)，其中將輸出M(t)表示成比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)：圖8-23 閉環(huán)PID控制框圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)其中 Mn 為采樣時(shí)刻n的PID運(yùn)算輸出值 Kp 為 PID回路的比例系數(shù) Ki 為 PID回路的積分系數(shù) Kd 為PID回路的微分系數(shù) 其中 M(t) 為PID運(yùn)算的輸出，是時(shí)間的函數(shù) Kp 為 PID回路的比例系數(shù) Ki 為 PID回路的積分系數(shù) Kd 為PID回路的微分系數(shù) e 為PID回路的偏差（給定值和過程變量之差） Minital 為PID回路輸出的初始值 為了在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)

35、化成為偏差值的間斷采樣。數(shù)字計(jì)算機(jī)使用下列相應(yīng)公式為基礎(chǔ)的離散化PID運(yùn)算模型。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) en 為采樣時(shí)刻n的PID回路的偏差 en-1 為采樣時(shí)刻n-1的PID回路的偏差 el 為采樣時(shí)刻l的PID回路的偏差 Minital 為PID回路輸出的初始值 在此公式中，第一項(xiàng)叫做比例項(xiàng)，第二項(xiàng)由兩項(xiàng)的和構(gòu)成，叫積分項(xiàng)，最后一項(xiàng)叫微分項(xiàng)。比例項(xiàng)是當(dāng)前采樣的函數(shù)，積分項(xiàng)是從第一采樣至當(dāng)前采樣的函數(shù)，微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣及前一采樣的函數(shù)。在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)，這里既不可能也沒有必要存儲全部偏差項(xiàng)的采樣。因?yàn)閺牡谝徊蓸娱_始，每次對偏差采樣時(shí)都必須計(jì)算其輸出數(shù)值，因此，只需要存儲前一次的偏差值及

36、前一次的積分項(xiàng)數(shù)值。利用計(jì)算機(jī)處理的重復(fù)性，可對上述計(jì)算公式進(jìn)行簡化。簡化后的公式為：其中 Mn 為采樣時(shí)刻n的PID運(yùn)算輸出值 Kp 為 PID回路的比例系數(shù)PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) Ki 為 PID回路的積分系數(shù) Kd 為PID回路的微分系數(shù) en 為采樣時(shí)刻n的PID回路的偏差 en-1 為采樣時(shí)刻n-1的PID回路的偏差 MX 為積分項(xiàng)前值計(jì)算回路輸出值 CPU實(shí)際使用對上述簡化公式略微修改的格式。修改后的公式為：其中: Mn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出計(jì)算值 MPn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出比例項(xiàng) MIn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出積分項(xiàng) MDn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出微分項(xiàng) 比例項(xiàng) 比

37、例項(xiàng)MP是PID回路的比例系數(shù)(Kp)及偏差(e)的乘積，為了方便計(jì)算取Kp= Kc 。CPU采用的計(jì)算比例項(xiàng)的公式為： 其中: MPn 為采樣時(shí)刻n的輸出比例項(xiàng)的值 PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) Kc 為回路的增益 SPn 為采樣時(shí)刻n的設(shè)定值 PVn 為采樣時(shí)刻n的過程變量值 積分項(xiàng) 積分項(xiàng)MI與偏差和成比例。為了方便計(jì)算取。CPU采用的積分項(xiàng)公式為： 其中: MIn 為 采用時(shí)刻n的輸出積分項(xiàng)的值 Kc 為回路的增益 Ts 為采樣的時(shí)間間隔 Ti 為積分時(shí)間PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) SPn 為采樣時(shí)刻n的設(shè)定值 PVn 為采樣時(shí)刻n的過程變量值 MX 為采樣時(shí)刻n-1的積分項(xiàng)(又

38、稱為積分前項(xiàng)) 積分項(xiàng)(MX)是積分項(xiàng)全部先前數(shù)值的和。每次計(jì)算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被調(diào)整或被限定。MX的初值通常在第一次計(jì)算出輸出之前被置為Minitai（初值）。 其它幾個(gè)常量也是積分項(xiàng)的一部分，如增益、采樣時(shí)刻 (PID循環(huán)重新計(jì)算輸出數(shù)值的循環(huán)時(shí)間)、以及積分時(shí)間(用于控制積分項(xiàng)對輸出計(jì)算影響的時(shí)間)。 微分項(xiàng)微分項(xiàng)MD與偏差的改變成比例，方便計(jì)算取 。 計(jì)算微分項(xiàng)的公式為：為了避免步驟改變或由于對設(shè)定值求導(dǎo)而帶來的輸出變化，對此公式為了避免步驟改變或由于對設(shè)定值求導(dǎo)而帶來的輸出變化，對此公式進(jìn)行修改，假定設(shè)定值為常量進(jìn)行修改，假定設(shè)定值為常量(SPn=

39、SPn-1)，因此將計(jì)算過程變量的，因此將計(jì)算過程變量的改變，而不計(jì)算偏差的改變，計(jì)算公式可以改進(jìn)為：改變，而不計(jì)算偏差的改變，計(jì)算公式可以改進(jìn)為：PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)其中：MDn 為 采用時(shí)刻n的輸出微分項(xiàng)的值 Kc 為回路的增益 Ts 為采樣的時(shí)間間隔 Td 為微分時(shí)間 SPn 為采樣時(shí)刻n的設(shè)定值 SPn-1 為采樣時(shí)刻n-1的設(shè)定值 PVn 為采樣時(shí)刻n的過程變量值 PVn-1 為采樣時(shí)刻n-1的過程變量值 回路控制的選擇 如果不需要積分運(yùn)算(即在PID計(jì)算中不需要積分運(yùn)算)，則應(yīng)將積分時(shí)間(Ti)指定為無限大，由于積分和MX的初始值，即使沒有積分運(yùn)算，積分項(xiàng)的數(shù)值也可能不為

40、零。這時(shí)積分系數(shù)這時(shí)積分系數(shù) Ki=0.0PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 如果不需要求導(dǎo)運(yùn)算(即在PID計(jì)算中不需要微分運(yùn)算)，則應(yīng)將求導(dǎo)時(shí)間(Td)指定為零。 這時(shí)微分系數(shù) Kd=0.0 如果不需要比例運(yùn)算(即在PID計(jì)算中不需要比例運(yùn)算)，而需要積分(I)或積分微分(ID)控制，則應(yīng)將回路增益數(shù)值(Kc)指定為0.0，這時(shí)比例系數(shù)Kp=0.0。因?yàn)榛芈吩鲆?Kc)是計(jì)算積分及微分項(xiàng)公式內(nèi)的系數(shù)，將回路增益設(shè)定為0.0，將影響積分及微分項(xiàng)的計(jì)算。因而，當(dāng)回路增益取為0.0時(shí)，在PID算法中，系統(tǒng)自動地把在積分和微分運(yùn)算中的回路增益取為1.0 ， 此時(shí) 3 PID算法的實(shí)現(xiàn)如圖8-24所示PL

41、C原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)圖8-24 PID運(yùn)算框圖PID控制軟件（控制軟件（S7_Pro4）如圖）如圖8-25所示所示OB1OB1 OB35OB35PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)OB35FB1PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)DB2 圖8-25 PID控制程序PID控制仿真如圖8-26所示 ： 觀察過程量PIW256的變化，PID輸出控制PQW350的改變 圖8-26 PID控制仿真PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)4 PID控制模塊（1） PID模塊的工作原理如圖8-27圖8-27 PID工作原理（2）PID模塊 FM355：4路閉環(huán)控制、模塊內(nèi)含：4AI+8DI+4DI如圖8-28所示圖8-28

42、 FM355模塊PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) FM355（續(xù)）：輸入地址PIW256-257，輸出地址 PQW256-257如圖8-29所示 圖8-29 FM355地址PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)（3）PID參數(shù)表8-9 PID參數(shù)表名稱數(shù)據(jù)類型默認(rèn)值功能比例項(xiàng)P_SELBOOLTRUE比例項(xiàng)使能控制GAINREAL2.0放大倍數(shù)積分項(xiàng)I_SELBOOLTRUE積分項(xiàng)使能控制TITIMET#20S積分時(shí)間INT_HOLDBOOLFALSE積分輸出保持控制I_ITL_ONBOOL-積分輸出再輸入允許I_ITLVALREAL0.0積分初值微分項(xiàng)D_SELBOOLTRUE微分項(xiàng)使能控制TDTIM

43、ET#10S微分時(shí)間TM_LAGTIMET#2S微分滯后時(shí)間（4）模板初始化功能（SFC塊） 表8-10 模板初始化功能 名稱 功能SFC 50WR_PARM將動態(tài)參數(shù)寫入模板SFC 56WR_DPARM將預(yù)定參數(shù)寫入模板SFC 57PARM_MOD 賦模板的參數(shù)SFC 58WR_REC 寫模板專用的數(shù)據(jù)記錄SFC 59RD_REC 讀模板專用的數(shù)據(jù)記錄 PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)（5）模板初始化功能的調(diào)用例：調(diào)用SFC 50 CALL RD_LGADR“ SFC 50 的形參（6）利用PID模塊設(shè)計(jì)的過程如圖8-30所示 圖8-30 利用PID模塊設(shè)計(jì)過程5. 閉環(huán)控制系統(tǒng)功能塊 系統(tǒng)功

44、能塊SFB 41 用于連續(xù)控制SFB 42 用于步進(jìn)控制SFB 43 用于脈沖寬度控制 SFB 41 SFB 43的調(diào)用PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)6 閉環(huán)控制軟件包功能塊FB 41 FB 42 FB 43 與SF41 SF42 SF43兼容， 用于PID控制。 FB 41 FB 43的調(diào)用 STANDARD LIBRARY PID CONTROL BLOCKS SFB41 (連續(xù)控制）的輸入?yún)?shù)（表8-11）指令樹 LIBRARY STANDARD LIBRARY ，SYSTEM FUNCTION BLOCKS 如圖8-31所示圖8-31 PID指令樹PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)表8-1

45、1參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認(rèn)值CON_RETBOOL0完全重新啟動，為1小時(shí)執(zhí)行初始化FALSECYCLETIME2采樣時(shí)間，20MST#1SSP_INTREAL6內(nèi)部設(shè)定值，100或物理值0PV_INREAL10過程變量輸入0PVPER_ONBOOL0.2使用外圍設(shè)備輸入過程變量FALSEPV_PERWORD14外圍設(shè)備輸入的過程變量值16#0000PV_FACREAL48輸入的過程變量系數(shù)1PV_OFFREAL52輸入過程變量的偏移量0DEABD_WREAL36死區(qū)寬度， 0.0或物理值0GAINREAL20比例增益2TITIME24積分時(shí)間，CYCLET#20STDTIME28微分時(shí)間

46、T#10STM_LAGTIME32微分操作的延遲時(shí)間T#2SP_SELBOOL0.3打開比例操作TRUEI_SELBOOL0.4打開積分操作TRUED_SELBOOL0.7打開微分操作TRUEI_ITLVALREAL64積分初值0I_ITL_ONBOOL0.6積分初化，為1時(shí)用I_ITLVALFALSEINT_HOLDBOOL0.5積分操作保持，為1時(shí)積分輸出保持FALSEDISVREAL68擾動輸入變量0MAN_ONBOOL0.1使手動值被置為操作值TRUEMANREAL16操作員輸入的手動值，100或物理值0LMN_HLMREAL40輸出上限，LMN_LLM100%或物理值100LMN_L

47、LMREAL44輸出下限，-100% LMN_HLM 或物理值0LMN_FACREAL56控制器輸出量的系數(shù)1LMN_OFFREAL60控制器輸出量的偏移值0PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) SFB41 (連續(xù)控制）的輸出參數(shù)（表8-12） 表8-12參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認(rèn)值PVREAL0.7格式化的過程變量輸出0ERREAL64死區(qū)處理后的誤差輸出0LMN_PREAL0.6控制器輸出值中的比例輸出0LMN _IREAL0.5控制器輸出值中的積分輸出0LMN _DREAL68控制器輸出值中的微分輸出0QLMN_HLMBOOL40控制器輸出超過上限FALSEQLMN_LLMBOOL44控制器

48、輸出小于下限FALSELMNREAL56控制器輸出值0LMN_PERWORD60I/O，O/I格式的控制器輸出值16#0000 具體控制時(shí)，需要把上述參數(shù)輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。 連續(xù)控制軟件包（FB 41）的參數(shù)，也與上述參數(shù)相同。 單回路PLC控制具有編程簡單、控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用；PLC控制主要是面對過程的一種控制方式，在一些過程運(yùn)作的場合中更是十分常見，比如用PLC控制流水線等。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) S7-300系統(tǒng)與S7-200相比，節(jié)點(diǎn)數(shù)更多、系統(tǒng)更加穩(wěn)定、程序結(jié)構(gòu)化更加明顯、功能更加強(qiáng)大，因此廣泛應(yīng)用于一些大型的控制場合。本章將在前面學(xué)習(xí)的S7-300編程

49、方法和編程軟件運(yùn)用的基礎(chǔ)上，針對一些實(shí)例進(jìn)行具體分析，幫助讀者進(jìn)一步掌握如何運(yùn)用S7-300系列PLC來完成控制任務(wù)。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.5 單回路液位控制系統(tǒng)單回路液位控制系統(tǒng)8.5.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 單回路反饋控制系統(tǒng)簡稱單回路控制系統(tǒng)。在所有反饋控制系統(tǒng)中是最基本的一種，單回路控制系統(tǒng)有四個(gè)基本組成環(huán)節(jié)：被控對象或被控過程、測量變送裝置、控制閥和控制器。一般是指用一個(gè)控制器來控制一個(gè)被控對象，其中控制器只接收一個(gè)測量信號，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。單回路液位控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的輸入變量為閥門開度，輸出變量為水箱液位。典型的單回路液位控制系統(tǒng)如圖8-32所示。PID控制器執(zhí)

50、行機(jī)構(gòu)被控對象測量電路測量值干擾輸出圖8-32單回路液位控制系統(tǒng)方框圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 在圖8-32單回路液位控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的任務(wù)是使水箱液位等于給定值所要求的高度（液位為被控量），同時(shí)盡可能減小或消除來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動的影響。其中，測量電路主要功能是測量對象的液位并對其進(jìn)行歸一化等處理。PID控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)設(shè)定值和測量值的偏差信號來進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制單回路的流量，使其達(dá)到期望的設(shè)定值。 單回路液位控制為典型的有反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制作用持久的取決于被控變量的測量結(jié)果。測量電路中變送器它把傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成可被控制器識別的電信號，如DC4-20

51、mA的電流信號。這里的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動式調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥一般配套安裝閥門定位器，PLC輸出電信號，給閥門定位器提供4-20mA的控制信號，閥門控制器根據(jù)4-20mA信號控制閥門開度來控制液位。 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的要求，只有在單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)更高要求的情況下，才采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器，是應(yīng)用最廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，參數(shù)選定比較簡單，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)；對于過程控制的典型對象“一階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制

52、器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（如可為PI調(diào)節(jié)、PD調(diào)節(jié)等）。 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)算出控制量來進(jìn)行控制。當(dāng)被控對象的結(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)，控制理論的其他技術(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)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。8.5.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在水箱液位控制系統(tǒng)中，液位是被控參數(shù)，液位變送器將反映液位高低的檢測信號送往液位控制器；控制器根據(jù)實(shí)際檢測值與液位設(shè)定值的偏差情況，輸出控制信號給執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥），改變調(diào)節(jié)閥

53、的開度，調(diào)節(jié)水箱輸出流量以維持液位穩(wěn)定。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 如圖8-33所示，水介質(zhì)由泵P102從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)由流量計(jì)FT-102、調(diào)節(jié)閥FV-101進(jìn)入水箱V103，通過手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT-102測得。本例為定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，F(xiàn)V-101為操縱變量，F(xiàn)T-102為被控變量，采用PID調(diào)節(jié)完成。圖8-33 單回路液位控制系統(tǒng)系統(tǒng)測點(diǎn)清單如表8-13所示。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)表8-13 控制系統(tǒng)測點(diǎn)清單序號位號設(shè)備名稱用途信號類型工程量1FT-102電磁流量計(jì)給水流量4-20mADC0-3mmm/h2FV-

54、101電動調(diào)節(jié)閥閥位反饋2-10VDC0-100%3LG-104液位測量計(jì)水箱液位4-20mADC0-3mmm/h系統(tǒng)S7-300硬件組態(tài)如圖8-34所示。 圖8-34 S7-300硬件組態(tài)圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 如圖8-3所示，導(dǎo)軌UR上安裝了包括負(fù)載電源模塊（PS）：用于將SIMATIC S7-300連接到120/230V AC電源；中央處理單元（CPU）：CPU313C-2DP集成了數(shù)字量 輸 入 和 輸 出 ， 以 及 C P U 模 塊 集 成 的 通 信 接 口 ：PROFIBUS-DP主站/從站接口、開關(guān)量的輸入輸出和高速計(jì)數(shù)器；模擬量輸入輸出模塊（SM）：用于模擬量信

55、號輸入/輸出。8.5.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 首先整理出系統(tǒng)的符號表（I/O分配表），如圖8-35所示。圖8-35 S7符號表PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)之前，首先要了解它的流程，單回路流量控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)流程圖如圖8-36所示。圖8-36 PID調(diào)節(jié)流程圖 在編程過程中共生成了在編程過程中共生成了6個(gè)塊。個(gè)塊。OB1：主程序組織塊；：主程序組織塊；FB41：FB41即即PID控制塊；控制塊；FC201：功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將：功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將WORD格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成REAL格格式（式（0100）；）；FC202：將：將REAL格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成

56、格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成WORD格式；格式；DB1：FB41的背景數(shù)據(jù)塊，的背景數(shù)據(jù)塊，PID控制所涉及到的所有參數(shù)都在這個(gè)數(shù)據(jù)塊中?？梢酝ㄟ^組控制所涉及到的所有參數(shù)都在這個(gè)數(shù)據(jù)塊中。可以通過組態(tài)軟件控制這些參數(shù)，態(tài)軟件控制這些參數(shù)，PID的輸入輸出、手自動切換、參數(shù)、控制功能都能通的輸入輸出、手自動切換、參數(shù)、控制功能都能通過過DB1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制；中的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制；DB3：用戶數(shù)據(jù)存儲塊。便于：用戶數(shù)據(jù)存儲塊。便于OB1主程序存儲使用，主程序存儲使用，也可供組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控訪問。也可供組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控訪問。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 主程序OB1部分主要是由由以下幾個(gè)程序段組成。 輸入部分：

57、主要作用是將檢測到的4-20mA的信號轉(zhuǎn)換成0-100之間的數(shù)據(jù)輸入PID模塊。SM334通道0（PIW256：AI0）作為PID的過程值輸入，通道1（PIW258：AI1）可以用來監(jiān)控某些過程值，比如流量。如圖8-37所示。圖8-37 OB1程序段輸入部分 PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) PID運(yùn)算：AI0作為PID的過程輸入值，MYDATA.AI0賦值給PID0.PV。如圖8-38所示。圖8-38 OB1程序段賦值運(yùn)算部分 前饋控制：輸入值乘以前饋系數(shù)前饋控制：輸入值乘以前饋系數(shù)K，加到輸出值上，加到輸出值上，需要在需要在OB1變量申明區(qū)變量申明區(qū)TEMP中申明中申明MV=PID0_MV-

58、K*AI1。如圖。如圖8-39所示。所示。PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 輸出部分：把輸出轉(zhuǎn)換成WORD型給AO0、AO1，4-20mA信號，SM334通道5（PQW256：AO0）作為PID的過程值輸出。數(shù)值來源于PID0的操作值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如圖8-40所示。圖8-39 OB1程序段前饋控制部分PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué) 在數(shù)值轉(zhuǎn)換功能中，有五個(gè)輸入：IN、IN_MIN、IN_MAX、OUT_MIN、OUT_MAX和一個(gè)輸出：OUT。其中，IN：需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的原始輸入變量；IN_MIN：原始變量的下限值IN_MAX：原始變量的上限值；OUT_MIN：轉(zhuǎn)換城的目標(biāo)變量的下限值；OUT_MA

59、X：轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的上限值；OUT：輸出目標(biāo)變量；將AI0轉(zhuǎn)化成0-100的數(shù)，存儲到“MYDATA”.AI0 (DB3.DBD0)中。轉(zhuǎn)換成0-100圖8-40 OB1程序段輸出部分PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)的數(shù)存儲到“MYDATA”.AI1中。 進(jìn)行轉(zhuǎn)換的公式是： 如圖8-41是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的流程圖，通過這個(gè)流程圖，并且結(jié)合上面的公式與分析，我們可以很好的理解數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和運(yùn)算過程。 關(guān)于PID模塊的主要參數(shù)的介紹如表8-14所示。_(_)_IN IN M INO U TO U T M A X O U T M IN O U T M ININ M A X IN M IN圖8-41 輸入模塊流程

60、圖PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)表8-14 命令類型表參數(shù)數(shù)據(jù)類型默認(rèn)值描述PVPER_ONBOOLFALSE過程變量直接從外設(shè)輸入P_SELBOOLTURE為真則比例控制起作用I_SELBOOLTURE為真則積分控制起作用D_SELBOOLFALSE為真則微分控制起作用CY_CLET#1S0.0采樣時(shí)間PV_INREAL0.0過程變量以浮點(diǎn)形式輸入的值SP_INTREAL0.0內(nèi)部設(shè)定點(diǎn)PV_PERWORDI/O 格式過程變量輸入MANREAL0.0手動值PV_FACREAL0.0輸入過程變量的比例因子PLC原理及應(yīng)用 西安郵電大學(xué)8.6 鋼包底吹氬控制系統(tǒng)鋼包底吹氬控制系統(tǒng) 隨著現(xiàn)代尖端技