【正文】 時，最先調(diào)試啟動組織塊 OB100，然后調(diào)試 FB 和 FC。一個項目可以生成多個變量表，以滿足不同的調(diào)試要求。 （ 4）強(qiáng)制變量：給某個變量賦予固定的值，用戶程序的執(zhí)行不會 影響被 強(qiáng)制的變量的值。在變量表窗口中用菜單命令“ PLC”→“ Connect to”建立 當(dāng)前變量表與 CPU 之間的在線連接。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 26 變量表的生成 （ 1）在 SIMATIC 管理器中用菜單命令“ Insert”→“ S7 Block”→“ Variable Table”生成新的變量表。 在本設(shè)計調(diào)試時使用的變量表中，可以輸入符號（ Symbol）或地址（ Address）。 變 量表的使用 CPU 的連接 為了監(jiān)視或修改在當(dāng)前變量表（ VAT）中輸入的變量，必須與要監(jiān)視的 CPU 建立連接。 將 CPU 的模式開關(guān)扳到 RUNP 位置，執(zhí)行菜單命令“ Variable”→“ Monitor”或點擊標(biāo)有眼鏡的圖標(biāo)，啟動監(jiān)視功能。在 STOP 模式修改變量時，因為沒有執(zhí)行用戶程序，各變量的狀態(tài)不會互相影響?？梢杂貌藛蚊睢?Variable”→“ UPDATE Monitor Values”對所選變量的數(shù)值作為一次立即刷新，該功能主要用于停機(jī)模式下的監(jiān)視和修改。菜單命令“ PLC”→“ Disconnect”用于斷開變量表和 CPU 的連接。可以從符號表中復(fù)制地址，將它粘貼到變量表?？梢詾橛脩舫绦蛏蓭讉€變量表。 （ 4）將 PLC 由 STOP 模式切換到 RUNP 模式。 （ 1）生成新的變量表，或打開已存在的變量表，編輯和檢查變量表的內(nèi)容。 （ 2）修改（ Modify）變量：將固定值賦給用戶程序或 CPU 中的變量。最后調(diào)試不影響 OB1 的循環(huán)執(zhí)行的中斷處理程序，或者在調(diào)試 OB1時調(diào)用它們。在調(diào)試時應(yīng)記錄對程序的修改。 用變量表調(diào)試程序 系統(tǒng)調(diào)試的基本步驟 首先進(jìn)行硬件調(diào)試，可以用變量表來測試硬件，通過觀察 CPU 模塊上的故障指示燈，或使用故障診斷工具來診斷故障。 在 STEP7 的 SIMATIC 管理器中點擊“ Hardware” (硬件 )圖標(biāo)，進(jìn)入“ HW Config” (硬件組態(tài) )畫面。 在“ Communication” (通信 )選項卡，可以設(shè)置 PG（編程器或計算機(jī)）通信、OP(操作員面板 )通信和 S7 standard（標(biāo)準(zhǔn) S7）通信使用的連接的個數(shù)。還可以選擇 PLC 是處于限制測試功能 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 24 的 Operation(運行模式 )，或是處于可以執(zhí)行所有的測試功能的測試模式。“ Diagnostics/Clock” (診斷與時鐘 )選項卡用于設(shè)置系統(tǒng)診斷參數(shù)與實時鐘參數(shù)。 用鼠標(biāo)點擊某小正方形的檢查框，框中出現(xiàn)一個“√”，表示選中了該選項，再點擊一下，“√”消失，表示沒有選中該選項，該選項被禁止。如圖 所示為本設(shè)計的組態(tài)。 組態(tài)時設(shè)置的 CPU 的參數(shù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB 中，其他模塊的參數(shù)保存在CPU 中 。 直接創(chuàng)建項目 進(jìn)入主菜單【 File】，選擇【 New】 ,出現(xiàn)一個對話框，在該對話框中分別輸入“ 文件名 ” 、 “ 目錄路徑 ” 等內(nèi)容，并確定，完成一個空項目的創(chuàng)建工作。 點擊【 NEXT】按鈕，選擇需要生成的邏輯塊，至少 需要生成作為主程序的組織塊 OB1。 STEP 7 用 SIMATIC管理器對項目 進(jìn)行集中管理，它可以方便的瀏覽 SIMATIC S C和 WinAC 的數(shù)據(jù)。從集 成塊庫中選擇通信模塊（ CFB），用通用的編程語言（例如梯形圖）對所選的通信模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置屏幕中，有的參數(shù)由系統(tǒng)提供若干個選項，有的參數(shù)只能在允許的范圍輸入，因此可以防止輸入錯誤的數(shù)據(jù)。 STEP7 的硬件組態(tài)與診斷功能 硬件組態(tài)工具用于對自動化工程中使用的硬件進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。使用這一工具生成的符號表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動識別系統(tǒng)參數(shù)的變化。 STEP7 的編程功能 STEP7 的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了 3 種基本的編程語言，梯形圖（ LAD）、功能塊圖（ FDB）和語句表（ STL），有鼠標(biāo)拖放、復(fù)制和粘貼功能。在計算機(jī)上安裝好 STEP7 后，在管理器中執(zhí)行菜單命令“ Option”→“ Setting the PG/PC Interface” ,打開“ Install/Remove Interfaces” 對話框。計算機(jī)一側(cè)的通信速率為 kbit/s 或 kbit/s， PLC 一側(cè)的通信速率為 kbit/s~。在 STEP 7 中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。 由于加熱爐的功率只有 1000W，所以選用 40A 的固態(tài)繼電器就完全可以達(dá)到控制要求。 （ 3） 由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。 （ 4） 電磁干擾小 :固態(tài)繼電器沒有輸入 線圈 ，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向 可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。 按 輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。它 是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，如圖 33所示。此外還有 PtPt200、 Pt500 和 Pt1000 等鉑熱電阻， Cu50、 Cu100 的銅熱電阻等。此外，現(xiàn)在已開始采用鉻、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 鉑熱電阻根據(jù)使用場合的不同與使用溫度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。使用熱電偶的時候，必須消除環(huán)境溫度的波動對測量帶來的影響。 熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺 陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。 根據(jù)使用場合的不同，熱電偶有鎧裝式 熱電偶、裝配式熱電偶、隔爆式熱電偶等種類。若配接輸出420mA、 010V 等標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號的溫度變送器，使用更加方便、可靠。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。根據(jù)美國儀器學(xué)會的調(diào)查， 1990 年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。模塊與背板總線有光隔離，使用屏蔽電纜時最大距離為 200m。 SM331也可以直接連接不帶附加放大器的溫度傳感器（熱電偶或熱電阻），這樣可以省去溫度變送器，不但節(jié)約了硬件成本，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也更加緊湊。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量、液位、物體的成分（例如氣體中的含氧量）和頻率等。另外一種有 16點輸入（ 8點一組）和 16 點輸出（ 8點一組）。 輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動直流負(fù)載的大功率晶體管和場效應(yīng)晶體管、驅(qū)動交流負(fù)載的雙向晶閘管或固態(tài)繼電器，以及既可以驅(qū)動交流負(fù)載又可以驅(qū)動直流負(fù)載的小型繼電器。 數(shù)字量輸入模塊 數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機(jī)械觸點和電子數(shù)字式傳感器，例如二線式光電開關(guān)和接近開關(guān)等。 S7300簡介 S7300 是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時， CPU 從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。外部輸入電路接通時，對應(yīng)的輸入過程映像位為 1 狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入位的常開觸點接通，常閉觸點斷開。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出過程映像位為 1 狀態(tài)。 在 PLC 的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸 入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 13 圖 32 掃描過程 在啟動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用 OB1，在 OB1 中可以調(diào)用其他邏輯塊（ FB、 SFB、FC、 SFC）。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動組織塊” OB100，完成用戶指定的初始化操作。 STEP7 將用戶程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊 FB 和功能 FC 相當(dāng)于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能 SFC 和系統(tǒng)功能塊 SFB 是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。 體積小，能耗低：對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用 PLC 后，由于減少了大量的中間繼電器和時間繼電器，開關(guān)柜的體積比繼電器控制系統(tǒng)小的多。這種設(shè)計方法很有規(guī)律，容易掌握。 S7300 有極強(qiáng)的故障診斷能力。 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)： PLC 產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC 的特點 編程方法簡單易學(xué)：梯形圖是使用的最多的 PLC 編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易用，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 編程設(shè)備： S7300 使用安裝了編程軟件 STEP7 的個人計算機(jī)作為編程設(shè)備，在計算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。 接口模塊： CPU 模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴(kuò)展機(jī)架。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在 PLC 控制系統(tǒng)中， CPU 模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。 S7300 模塊式 PLC，主要由機(jī)架、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。 PLC 的基本概念 可編程序控制器簡稱為 PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。 表 22 變量表 序號 采樣信號名稱 性質(zhì)（開關(guān)、模擬） 傳感器 占用硬件資源 說明 1 AI0 模擬量 熱電 偶 I288 從外界讀入的溫度 信號 2 DI0 開關(guān) 量 啟動信號 3 DI1 開關(guān)量 停止信號 4 DI2 開關(guān)量 溫度繼電器高溫信 號 5 DI3 開關(guān)量 溫度繼電器低溫信 號 6 DI5 開關(guān)量 缺相報警輸入 7 DI6 開關(guān)量 過載保護(hù)信號 8 DO0 開關(guān)量 A 相固態(tài)繼電器控 制信號 9 DO1 開關(guān)量 B 相固態(tài)繼電器控 制信號 10 DO2 開關(guān)量 C 相固態(tài)繼電器控 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 制信號 11 DO3 開關(guān)量 缺相報警 12 DO4 開關(guān)量 高溫指示燈 13 DO5 開關(guān)量 低溫指示燈 14 DO6 開關(guān)量 KA線圈 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 23所示。當(dāng)采用 PID 調(diào)節(jié)器時，由于有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，因此增加了得到最佳整定參數(shù)的難度。和前述步驟相同，微分系數(shù)的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。 （ 3）積分系數(shù) I 保持不變，改變比例系數(shù) P，觀察控制過程有無 改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。大慣量如大烘房的溫度控制，一般 P 可在 10 以上， I=310， D=1 左右。 控制器選取時應(yīng)注意：控制環(huán)的特性由被 控過程或被控機(jī)械的物理特性決定，并且設(shè)計中可以改變的程度不是很大。控制環(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個時間單元內(nèi)操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場合取得了很好的效果。特別適于 “ 一階慣性環(huán)節(jié) +純滯后 ” 和 “ 二階慣性環(huán)節(jié) +純滯后 ” 的過程控制對象。在 過程開始時強(qiáng)迫過程進(jìn)行，過程結(jié)束時減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。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)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩 ,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計算得到 PID 控制器的參數(shù)。 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。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。同時，其它功能如 A/D、 D/A 都由 PLC 實現(xiàn)，加熱爐的反饋信號直接送 PLC 采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信號也由 PLC 送出，從而控制加熱爐的溫度?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng) (Openloop Control System)是指被控對象的輸出 (被控制量 )對控制器 (controller)的輸出沒有影響，在這種控制 系統(tǒng)中 ,不依賴將被控制量反送