西門子S7-1500 PLC技術(shù)及應(yīng)用 課件 第6章 S7-1500 PLC的工藝指令應(yīng)用

點擊此處結(jié)束放映電子教案《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》第6章S7-1500PLC的工藝指令應(yīng)用點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》

PID控制的功能與編程6.1高速計數(shù)模塊的功能與編程6.2《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》點擊此處結(jié)束放映運動控制的功能與編程6.3

PID控制的功能與編程6.1點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.1.1PID控制概述點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》如圖所示自動控制系統(tǒng)，包含輸入量、控制器、擾動量、被控對象、檢測單元等?？刂破魍ㄟ^輸入值和反饋值的偏差，控制執(zhí)行機構(gòu)，從而對被控對象進行自動調(diào)節(jié)?？刂破黝愋投喾N多樣，PID控制器在目前的工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用。6.1.1PID控制概述點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控器是應(yīng)用最廣泛的一種自動控制方式。P是比例，是輸入偏差乘以一個系數(shù)。I是積分，是對輸入偏差在時間上進行積分運算。D是微分，是對輸入偏差進行微分運算。6.1.1PID控制概述點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》在連續(xù)控制系統(tǒng)中，模擬PID的控制規(guī)律為：由于PLC只能處理離散數(shù)字量，須將模擬量微分方程轉(zhuǎn)化為離散的差分方程。離散化后的差分方程為：6.1.1PID控制概述點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》離散化后的差分方程為：用作PLC編程計算時，將上式表述為遞推關(guān)系并化簡為：6.1.2PID控制器點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》S7-1500PLC的PID控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、控制元件和被控對象組成。S7-1500PLC的PID控制器通過在TIA博圖程序中調(diào)用PID工藝指令和組態(tài)工藝對象實現(xiàn)PID控制功能。CompactPID指令集包括PID_Compact、PID_3Step和PID_Temp指令；6.1.2PID控制器點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》PID_Compact指令提供一個能工作在手動或自動模式下，具有集成優(yōu)化功能的PID連續(xù)控制器，支持模擬量和脈寬輸出。PID_3Step指令可對具有閥門自調(diào)節(jié)的PID控制器或具有積分行為的執(zhí)行器進行組態(tài)，可組態(tài)帶位置反饋的三步步進控制器、不帶位置反饋的三步步進控制器、具有模擬量輸出值的閥門控制器。PID_Temp指令提供了一種可對溫度過程進行集成調(diào)節(jié)的PID控制器，可用于純加熱或加熱/制冷應(yīng)用。6.1.3PID_Compact指令的PID控制示例點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》舉例：控制電爐的爐溫在一定范圍。工作原理：設(shè)定電爐溫度后，CPU1511-1PN經(jīng)過PID運算后由自帶的模擬量輸出模塊輸出電壓信號到控制板，控制板根據(jù)該電壓信號（弱電）的大小控制電熱絲的加熱電壓（強電）；溫度傳感器檢測電爐內(nèi)溫度，溫度信號經(jīng)控制板處理后輸入到模擬量輸入模塊，再進入CPU1511-1PN參與PID運算，如此循環(huán)。整個系統(tǒng)的硬件配置如圖6-2所示，編寫控制程序。6.1.3PID_Compact指令的PID控制示例點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》舉例：控制電爐的爐溫在一定范圍。圖6-2PID控制示例硬件配置點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置S7-1500PLC的硬件配置如圖所示，需進行硬件組態(tài)。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置AI模塊組態(tài)如圖所示：0通道參數(shù)設(shè)置為手動；測量電壓，范圍為+/-10V；點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置AQ模塊組態(tài)如圖所示：0通道參數(shù)設(shè)置為手動；輸出電壓，范圍為0--10V；點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》2.添加工藝對象在S7-1500PLC中添加工藝對象的方法有多種，用戶可直接在現(xiàn)有的PLC項目樹中單擊“工藝對象”--“新增對象”，如圖所示。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》2.添加工藝對象新增對象窗口如圖所示，對象類型選擇“PID”中的“PID_Compact”，會出現(xiàn)PIDCompact[FB1130]選項。工藝對象的數(shù)據(jù)塊DB編號自動選擇為1，也可手動添加。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.PID_Compact工藝對象組態(tài)可在PLC項目樹中查看新添加的PID_Compact工藝對象，出現(xiàn)“組態(tài)”和“調(diào)試”兩個功能。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.PID_Compact工藝對象組態(tài)選擇“組態(tài)”后會出現(xiàn)組態(tài)窗口，包含“基本設(shè)置”、“過程值設(shè)置”和“高級設(shè)置”。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（1）基本設(shè)置本例中將單位為“℃”的“溫度”作為控制器類型。設(shè)定過程值為Input_PER（模擬量），Output_PER作為PID_Compact控制器的輸出。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（2）過程值設(shè)置過程值限值。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（2）過程值設(shè)置在過程值標(biāo)定中設(shè)置模擬量輸入的下限和上限（0.0——480.0），對應(yīng)模擬量通道的下限和上限（0——27648）。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（3）高級設(shè)置高級設(shè)置中的“過程值監(jiān)視”組態(tài)窗口，可組態(tài)過程值的警告上限和下限。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（3）高級設(shè)置PWM限值組態(tài)窗口如圖6-13所示，可以組態(tài)PID_Compact控制器脈沖輸出Output_PWM的最短接通時間和最短關(guān)閉時間。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（3）高級設(shè)置輸出值限值組態(tài)窗口，以百分比的形式組態(tài)輸出值的限值，無論在手動模式還是自動模式，輸出值都不會超過該限值。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（3）高級設(shè)置PID參數(shù)組態(tài)窗口，可以手動輸入適用于受控系統(tǒng)的PID參數(shù)，也可通過控制器自動調(diào)節(jié)得出PID參數(shù)。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.PID_Compact工藝對象組態(tài)右鍵單擊項目樹中的PID_Compact_1[DB1]，打開的DB編輯器，可進入背景數(shù)據(jù)塊參數(shù)表，其輸入/輸出參數(shù)如圖所示。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》4.PID_Compact指令調(diào)用在程序中添加循環(huán)中斷OB（OB30），設(shè)定循環(huán)時間為100ms。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》4.PID_Compact指令調(diào)用在循環(huán)中斷OB30中調(diào)用PID_Compact指令，選擇已配置為PID工藝對象的數(shù)據(jù)塊DB1作為其背景數(shù)據(jù)塊。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》5.PID調(diào)試項目下載到PLC后，就可以對PID控制器進行優(yōu)化調(diào)試。優(yōu)化調(diào)試分為預(yù)調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)兩種模式，調(diào)試時如果直接進行精確調(diào)節(jié)，會先進性預(yù)調(diào)節(jié)再進行精確調(diào)節(jié)。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（1）預(yù)先調(diào)節(jié)預(yù)調(diào)節(jié)功能可確定對輸出值跳變的過程響應(yīng)，并搜索拐點。根據(jù)受控系統(tǒng)的最大上升速率與死區(qū)時間計算PID參數(shù)?？稍趫?zhí)行預(yù)調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)時獲得最佳PID參數(shù)。過程值越穩(wěn)定，PID參數(shù)就越容易計算，結(jié)果的精度也會越高。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》（2）精確調(diào)節(jié)如果預(yù)調(diào)節(jié)后的過程值震蕩且不穩(wěn)定，可通過精確調(diào)節(jié)使過程值出現(xiàn)恒定受限的振蕩。PID控制器將以過程值振蕩的幅度和頻率為操作點來調(diào)節(jié)PID參數(shù)，所有PID參數(shù)都根據(jù)結(jié)果重新計算。精確調(diào)節(jié)得出的PID參數(shù)通常比預(yù)調(diào)節(jié)得出的PID參數(shù)具有更好的主控和擾動特性，但調(diào)節(jié)時間長。結(jié)合執(zhí)行預(yù)調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)，可獲得最佳PID參數(shù)。6.2高速計數(shù)模塊的功能與編程點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.2.1概述S7-1500PLC的高速計數(shù)模塊（TMCount）可分為兩種型號：TMCount1×24V模塊，可安裝在ET200SPCPU主機架或ET200SP的分布式IO站；TMCount2×24V模塊，可安裝在S7-1500主機架或ET200MP的分布式IO站。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.2.1概述

TMCount2×24V模塊可以連接兩路24V編碼器，每個通道提供三個數(shù)字量輸入信號和兩個數(shù)字量輸出信號。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.2.2TMCount2×24V模塊的計數(shù)功能實現(xiàn)示例：一臺電動機與含方向信號的24V增量型編碼器（推挽型，分辨率1024）同軸安裝，編碼器與TMCount2×24V模塊連接后，用于測量電動機的實時轉(zhuǎn)速。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置在PLC項目視圖，添加TMCount2×24V模塊，該模塊位于硬件目錄“工藝模塊”——“計數(shù)”下。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置在TM模塊“屬性”——“基本參數(shù)”——“通道0”——“工作模式”界面下，為計數(shù)通道設(shè)置操作模式。有3種操作模式可選，在此選擇默認的“使用工藝對象計數(shù)和測量操作”。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》2.添加工藝對象在彈出的工藝對象組態(tài)界面中，對工藝對象參數(shù)進行設(shè)置。為工藝對象選擇“本地模塊”中的“TMCount2×24V_1”，通道選擇“通道0”。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.High_Speed_Counter工藝對象組態(tài)新增工藝對象后，可在彈出的工藝對象組態(tài)界面中，對工藝對象參數(shù)進行設(shè)置。為工藝對象選擇“本地模塊”中的“TMCount2×24V_1”，通道選擇“通道0”。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.High_Speed_Counter工藝對象組態(tài)在“擴展參數(shù)”——“計數(shù)器輸入”中設(shè)置信號類型和附加參數(shù)等。示例連接的是含方向信號的24V增量編碼器，信號評估選擇“單一”方式。在“附加參數(shù)”中定義了濾波頻率、傳感器類型等參數(shù)。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.High_Speed_Counter工藝對象組態(tài)不同信號的評估方式如圖所示。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.High_Speed_Counter工藝對象組態(tài)在“擴展參數(shù)”——“計數(shù)器特性”中可以配置計數(shù)器的起始值、計數(shù)上/下限值、計數(shù)器到達限值時的狀態(tài)、門啟動時的計數(shù)器特性。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.High_Speed_Counter工藝對象組態(tài)在“擴展參數(shù)”——“測量值”中指定測量值。示例為對速度的測量，依據(jù)編碼器的分辨率設(shè)置“每個單位的增量”為1024。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》4.指令調(diào)用計數(shù)器組態(tài)完成后，要在主循環(huán)OB中調(diào)用“High_Speed_Counter”指令進行程序與模塊間的數(shù)據(jù)交互。該指令在指令列表“工藝”——“計數(shù)和測量”下。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》4.指令調(diào)用添加“High_Speed_Counter”指令時，應(yīng)選擇已創(chuàng)建的工藝對象（DB1），將其設(shè)置為指令的背景DB。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》4.指令調(diào)用“High_Speed_Counter”工藝對象的調(diào)試窗口，可以獲取每個狀態(tài)位和實際測量值。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》4.指令調(diào)用“High_Speed_Counter”工藝對象的診斷窗口，可查看故障原因。6.3運動控制的功能與編程點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.3.1概述S7-1500PLC的運動控制（MotionControl）功能支持軸的閉環(huán)定位和移動，支持速度軸、定位軸、同步軸、外部編碼器、凸輪軌跡等工藝對象。具有PROFIdrive功能的驅(qū)動器或者帶模擬量設(shè)定值接口的驅(qū)動裝置，都可以通過標(biāo)準(zhǔn)運動控制指令來進行控制。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.3.1

概述S7-1500CPU的運動控制集成示意圖。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》6.3.2TMPTO4模塊在運動控制中的應(yīng)用示例：S7-1500通過TMPTO4工藝模塊輸出高速脈沖給步進驅(qū)動器，從而實現(xiàn)步進電機的速度控制。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置在PLC項目視圖，添加TMPTO4模塊，該模塊位于硬件目錄“工藝模塊”——“PTO”下。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置在TM模塊“屬性”——“基本參數(shù)”——“TMPTO4”界面下，對通道0進行配置。設(shè)置信號類型為脈沖和方向，從而輸出24V的一個脈沖信號和一個方向信號。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》1.硬件配置設(shè)置軸參數(shù)時應(yīng)與實際硬件相匹配。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》2.添加工藝對象在現(xiàn)有的PLC項目樹中單擊“工藝對象”--“新增對象”，彈出新增對象對話框，選擇“運動控制”中的速度軸工藝對象TO_SpeedAxis。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.TO_SpeedAxis工藝對象組態(tài)新增工藝對象后，可在項目樹下看到該對象及其“組態(tài)”“調(diào)試”“診斷”選項。工藝對象的組態(tài)分為“基本參數(shù)”、“硬件接口”、“擴展參數(shù)”。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.TO_SpeedAxis工藝對象組態(tài)在“驅(qū)動裝置”選項中，選擇驅(qū)動裝置類型為PROFIdrive，驅(qū)動裝置選擇為已組態(tài)的“TMPTO4”的通道0。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.TO_SpeedAxis工藝對象組態(tài)在“與驅(qū)動裝置進行數(shù)據(jù)交換”選項中，設(shè)置驅(qū)動裝置報文為與設(shè)備組態(tài)一致的“報文3”。點擊此處結(jié)束放映《西門子S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用》3.TO_SpeedAxis工藝對象組態(tài)在“擴展參數(shù)”中，用戶可根據(jù)實際情況調(diào)整一些參數(shù)。在其“機械