【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 強制的變量的值。在變量表窗口中用菜單命令“ PLC”→“ Connect to”建立 當前變量表與 CPU 之間的在線連接。 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 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”或點擊標有眼鏡的圖標，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?？梢詮姆柋碇袕椭频刂罚瑢⑺迟N到變量表。可以為用戶程序生成幾個變量表。 （ 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，進入“ HW Config” (硬件組態(tài) )畫面。 在“ Communication” (通信 )選項卡，可以設置 PG（編程器或計算機）通信、OP(操作員面板 )通信和 S7 standard（標準 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 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 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 )選項卡用于設置系統(tǒng)診斷參數(shù)與實時鐘參數(shù)。 用鼠標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 所示為本設計的組態(tài)。 組態(tài)時設置的 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行參數(shù)設置。在參數(shù)設置屏幕中，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行配置和參數(shù)設置。使用這一工具生成的符號表可供所有應用程序使用，所有工具自動識別系統(tǒng)參數(shù)的變化。 STEP7 的編程功能 STEP7 的標準版只配置了 3 種基本的編程語言，梯形圖（ LAD）、功能塊圖（ FDB）和語句表（ STL），有鼠標拖放、復制和粘貼功能。在計算機上安裝好 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到控制要求。 （ 3） 由于管壓降大，導通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠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體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。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 等標準電流、電壓信號的溫度變送器，使用更加方便、可靠。在半導體技術(shù)的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、 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)動直流負載的大功率晶體管和場效應晶體管、驅(qū)動交流負載的雙向晶閘管或固態(tài)繼電器，以及既可以驅(qū)動交流負載又可以驅(qū)動直流負載的小型繼電器。 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，對應的輸入過程映像位為 1 狀態(tài)，梯形圖中對應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，對應的輸出過程映像位為 1 狀態(tài)。 在 PLC 的存儲器中，設置了一片區(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)。 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 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準子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。 體積小，能耗低：對于復雜的控制系統(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。這種設計方法很有規(guī)律，容易掌握。 S7300 有極強的故障診斷能力。 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強： PLC 產(chǎn)品已經(jīng)標準化、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：梯形圖是使用的最多的 PLC 編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易用，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。 編程設備： S7300 使用安裝了編程軟件 STEP7 的個人計算機作為編程設備，在計算機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 模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。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、電源模塊和編程設備組成，各種模塊安裝的機架上。 PLC 的基本概念 可編程序控制器簡稱為 PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(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，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 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 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。當采用 PID 調(diào)節(jié)器時，由于有多個整定參數(shù)，反復試湊的次數(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。 控制器選取時應注意：控制環(huán)的特性由被 控過程或被控機械的物理特性決定，并且設計中可以改變的程度不是很大?？刂骗h(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。這些改進算法在一些應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 過程開始時強迫過程進行，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。利用該方法進行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下： (1)首先預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、反應曲線法和衰減法。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，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