【正文】 創(chuàng)建窗口 創(chuàng)建窗口的方法有三種，分別是： （ 1）選擇菜單命令“文件 [F]/新建” （ 2）在標(biāo)準(zhǔn)工具欄上，單擊按鈕 （ 3）在工程項(xiàng)目導(dǎo)航欄上，選中“窗口”項(xiàng)，單擊右鍵。梯形圖如圖 212 所示。 圖中 VD416 為回路輸出值。 Span —— 值域大小，可能的最大值減去可能的最小值，單極性為 32，000（典型值），雙極性為 64， 000（典型值）。 第二：通過 STEP 7Micro/ 編寫 PLC 程序 ；實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器對(duì)液位的控制，主要實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的歸一化與 PID 算法。 手 /自動(dòng)無擾切換 所謂手 /自動(dòng)無擾切換就是在進(jìn)行手動(dòng)到自動(dòng)或自動(dòng)到手動(dòng)的切換時(shí)，無須由人工進(jìn)行手動(dòng)輸出控制信號(hào)與自動(dòng)輸出控制信號(hào)之間的對(duì)位 平衡操作，就可以保證切換時(shí)不會(huì)對(duì)執(zhí)行器機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動(dòng)。水槽用擋板分隔為若干部分，使可調(diào)節(jié)擋板兩邊的液位互相流動(dòng)，形成類似于連通器的形式，以至使得引壓槽內(nèi)的壓力變化相對(duì)穩(wěn)定，從而使壓力變送器采集到得數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，減小了對(duì) PID 運(yùn)算的擾動(dòng)量。 如果不需要比例回路，但需要積分或微分回路，可把比例增益 Kc 設(shè)為 。 圖 24PID 指令 PID 調(diào)節(jié)時(shí)閉環(huán)模擬量控制的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，其控制的原理基于式 21。 如果微分時(shí)間設(shè)置為 0，微分部分將起不到作用。 微分時(shí)間 Td 微分部分的輸出與誤差的微分（即誤差的變化速率）成正比，反映了被控 量變化的趨勢(shì)其作用是阻礙被控量的變化。 控制器中積分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況（累加值）都有關(guān)系，只要誤差不為零，控制器的輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化，誤差為正時(shí)積分項(xiàng)不斷增大，反之不斷減小。這些主要參數(shù)是： 9 比例增益 Kc 比例部分與誤差同步，它的調(diào)節(jié)作用及時(shí)，較積分控制信號(hào)的反應(yīng)快。這就是所謂輸入 /輸出的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化處理。 PID 功能塊通過一個(gè) PID 回路表交換數(shù)據(jù)，這個(gè)表是在 V 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的開辟，長(zhǎng)度為 36 字節(jié)。 單擊瀏覽條中的“系統(tǒng)塊”圖標(biāo)，將打開系統(tǒng)塊對(duì)話框。 交叉引用表 交叉引用表提供 3 個(gè)方面的參考信息：交叉引用信息、字節(jié)使用情況信息和位使用情況信息。由數(shù)據(jù)（變量存儲(chǔ)器的初始值）和注釋組成。 指令向?qū)Чδ馨ǎ?PID 自整定界面； PLC 內(nèi)置脈沖串輸出 （ PTO） 和脈寬調(diào)制（ PWM）指令向?qū)?；?shù)據(jù)記錄向?qū)?；配方向?qū)АＴ赟TEP7Micro/WIN32 環(huán)境下可創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，實(shí)現(xiàn)用戶所編輯程序的管理。 5 擴(kuò)展接口、模式選擇開關(guān)、模擬量電位器：位于機(jī)身中部右側(cè)前蓋下。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)，皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。全過程掃描一次所需的時(shí)間為掃描周期。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller） ，簡(jiǎn)稱 PLC，它主要用來代替繼電器實(shí) 現(xiàn)邏輯控制。與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，形成工業(yè)控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System） 、現(xiàn)場(chǎng)總總線控制系統(tǒng) FCS(Fieldbus Control System)、這將使 PLC 功能更強(qiáng)，可靠性更高，使用更方便，適用面更廣。 PLC 變頻 控制系統(tǒng)的概述及發(fā)展 在工業(yè)工程生產(chǎn)過程控制中，如液位控制等，有許多元器件需要很精確的控制，并且在生產(chǎn)過程中，為了方便系統(tǒng)的維護(hù)，往往需要隨時(shí)知道各個(gè)關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀況，以便工作人員進(jìn)行維護(hù)，而在生產(chǎn)設(shè)備中安裝大量的傳感器顯然會(huì)增加無謂的成本，這時(shí)我們就需要一種即可以精確的控制生產(chǎn)設(shè)備，有可以隨時(shí)可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制設(shè)備。 1 1 緒論 課題的提出 近幾十年來，自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在其研究與發(fā)展上也已趨于完備，而控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周圍的事物。 摘 要 基于西門子 PLC 變頻控制系統(tǒng)，采用西門子 S7200PLC,其擴(kuò)展輸入模塊 EM231，模擬輸出模塊 EM232，利用其內(nèi)部的 PID 控制指令，配合三菱 D700 系列變頻器 和電機(jī)，同時(shí)采用壓力變送器來檢測(cè)管網(wǎng)壓力，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在人們生活 以及工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題，液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少，例如居民生活用水的供應(yīng) , 飲料、食品加工 , 溶液過濾 , 化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程 , 通常需要使用蓄液池 , 蓄液池中的液位需要維持合適的高度 , 既不能太滿溢出造成浪費(fèi) , 也不能過少而無法滿足需求。繼電器在工業(yè)過程控制中是經(jīng)常用到的執(zhí)行元件，但是我們對(duì)繼電器發(fā)出命令后，如果想知道它的運(yùn)行狀態(tài)等信息就無能為力了，而且繼電器有機(jī)械磨損、老化和容易受環(huán)境影響的不利因 素，今年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，從而使控制技術(shù)的功能發(fā)生了飛躍。 課題研究的內(nèi)容與目的 PLC 變頻 控制系統(tǒng)中，主要是對(duì)一水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、 PLC 控制、 PID 算法、傳感器和調(diào)節(jié)閥等一系列的知識(shí)。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，還可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和模擬量控制等，因此，美國(guó)電器制造協(xié)會(huì)（ NEMA）于 1980年正式將這種裝置命名為可編程控制器 （ Programmable Controller） ，簡(jiǎn)稱 PC。當(dāng) PLC處于停止（ STOP）狀態(tài)時(shí)（自診斷）、通信操作、輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新，一直循環(huán)掃描工作。另外，其豐富的 CPU 類型及電壓等級(jí)，使其在解決用戶的自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。擴(kuò)展接口提 供 PLC 主機(jī)與輸入、輸出擴(kuò)展模塊的借口，做擴(kuò)展系統(tǒng)之用，主機(jī)與擴(kuò)展模塊之間由導(dǎo)軌固定，并用擴(kuò)展電纜連接；模式選擇開關(guān)具有 RUN、 STOP 及 TERM 等 3種狀態(tài)；模擬量電位器可用于定時(shí)器的外設(shè)定及脈沖輸出等場(chǎng)合。該軟件還具有語法檢查功能，可在編程中檢查用戶程序的語法錯(cuò)誤。 除此之外，該軟件還具有運(yùn)動(dòng)控制、 PID 自整定等其他功能。數(shù)據(jù)被編譯并下載到 PLC，注釋被忽略。交叉引用表不下載到 PLC，程序編譯成功后才能看到交叉引用表的內(nèi)容。如圖 23 所示： 設(shè)置完所有的參數(shù)后，單擊工具條中的“下載”按鈕，把修改后的參數(shù)下載到PLC。因此每個(gè) PID 功能塊在調(diào)用時(shí)需要指定兩個(gè)要素： PID 控制回路號(hào)以及控制回路表 的起始地址（以 VB 表示）。 PID 控制的效果就是看反饋（也就是控制對(duì)象）是否跟隨設(shè)定值（給定），是否響應(yīng)快速、穩(wěn)定，是否能夠抑制閉環(huán)中的各種擾動(dòng)而回復(fù)穩(wěn)定。在誤差 出現(xiàn)時(shí)，比例控制能立即給出控制信號(hào)，使被控量朝誤差減小的方向變化。積分項(xiàng)有減小誤差的作用，一直要到系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)誤差恒為零，比例部分和微分部分均為零，積分部分才不再變化，并且剛好等于穩(wěn)態(tài)時(shí)需要的控制器的輸出值。在圖中啟動(dòng)過程的上升階段，當(dāng) c(t)c(∞ )時(shí)被控量尚感未超過其穩(wěn)態(tài)值，超調(diào)量還沒有出現(xiàn)。 采樣周期 Ts 采樣同期 Ts 越小，采樣值越能反映模擬量的變化情況。 （ 21） 式中： M（ t） —— PID 回路的輸出，是時(shí)間的函數(shù)； Kc —— PID 回路的增益； e（ t） —— PID 回路的偏差（給定值與過程變量之差）； Mo —— PID 回路的初始值； 為了能讓數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)控制算式，連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來計(jì)算輸出值。 如果不需要積分回路，可以把積分時(shí)間 Ti 設(shè)為無窮大。 （ 2 擴(kuò)散硅差壓變送器， 壓力變送器的主要參數(shù)，擴(kuò)散硅壓力變送器輸出4mA～ 20mA 信號(hào)。 S7200 PID 回路沒有內(nèi)裝模式控制，只有在使能位進(jìn)入 PID 方框時(shí)才執(zhí)行 PID 計(jì)算。 PID 回路輸入變量的轉(zhuǎn)化與標(biāo)準(zhǔn)化 PID 回路有兩個(gè)輸入量，即給定值（ SP）與過程變量（ PV）。由于調(diào)整值不為 0，在系統(tǒng)中 Span=320216400=25600。其中主要用到得指令是：運(yùn)算指令、轉(zhuǎn) 換指令、傳遞指令等。 （ 3）參數(shù)初始化子程序（ SBR_1） 參數(shù)初始化子程序是初始化 PID 參數(shù)，同時(shí)使能定時(shí)中斷 0，設(shè)置定時(shí)中斷時(shí)間為 100ms，將定時(shí)中斷事件與 INT_0 子程序關(guān)聯(lián)。 創(chuàng)建窗口對(duì)話框如圖 31 所示。 1．打開圖庫(kù) 圖庫(kù)的操作方式有： （ 1）選擇菜單命令“工具 [T]/圖庫(kù) [C]”。 3．圖庫(kù)中的對(duì)象 點(diǎn)擊進(jìn)入圖庫(kù)對(duì)話框，如圖 32 所示。 4． 系統(tǒng)所需圖庫(kù)如表下所示。 使用后三種方法創(chuàng)建動(dòng)畫連接，會(huì)彈出“動(dòng)畫連接”。 3．窗口顯示：窗口顯示能使按鈕或其它圖形對(duì)象與某一窗口建立連接，當(dāng)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕或圖形對(duì)象時(shí)，自動(dòng)顯示連接的窗口。 3．條件：條件變化連接是指圖形對(duì)象的填充色或文本的前景色隨著邏輯表達(dá)式的值的變化而改變。 尺寸動(dòng)畫 可以把變量值與圖形對(duì)象的水平、垂直方向運(yùn)動(dòng)或自身旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)連接起來，以形象地 表 現(xiàn)客觀世界物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)；也可以把變量與圖形對(duì)象的尺寸大小連接，讓變量反映對(duì)象外觀的變化。在運(yùn)行期間，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)中該對(duì)象或直接按下設(shè)定的熱鍵后，系統(tǒng)出現(xiàn)輸入框，提示輸入數(shù)據(jù)。模擬輸出連接中與對(duì)象連接的變量為模擬量。 水罐水位控制系統(tǒng)動(dòng)畫連接 1．將水泵與數(shù)據(jù)庫(kù)變量 連接起來，如圖 34 所示。amp。力控的動(dòng)作腳本語言功能很強(qiáng)大，可以訪問和控制實(shí)時(shí)系統(tǒng)的所有組件，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警、報(bào)表、趨勢(shì)和安全等；同時(shí)，用戶通過這類腳本語言，可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的數(shù)字計(jì)算到用于高級(jí)控制的算法的功能。 2．應(yīng)用程序腳本：可以在整個(gè)工程啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行、關(guān)閉工程時(shí)執(zhí)行或者在運(yùn)行期間周期執(zhí)行。在腳本編輯器中，你可以創(chuàng)建自己的腳本程序，來控制程序。它由以下幾個(gè)部分組成： 1．變量和常數(shù)：數(shù)據(jù)運(yùn)算的最基本單位。 8．注釋：用來解釋代碼如何工作的附加文本。 2) IF 表達(dá)式 THEN 執(zhí)行體 1 ELSE 執(zhí)行體 2 ENDIF 如果表達(dá)式的條件成立，則執(zhí)行執(zhí)行體 1，否則執(zhí)行執(zhí)行體 2。 當(dāng)該表達(dá)式的值與下面哪一個(gè) Case 語句中的常量匹配時(shí)，就將轉(zhuǎn)向執(zhí)行那個(gè) Case 后的語句。如果沒有 Default 語句，且沒有哪一個(gè) Case 的界值與表達(dá)式 E 的值 相匹配，多分 支內(nèi)的任何語句都不會(huì)被執(zhí)行，控制將轉(zhuǎn)向多分支體后的語句執(zhí)行。 示例 2： Switch (a) Case 0, 1, 2: 52 b = b+ 1。 Default: b = b+10。否則對(duì)數(shù)組元素的引用或操作將無意義。 IndirVar[3] = amp。 ENDWHILE 1) FOR 循環(huán) FOR 的語法為： FOR I = E1 TO E2 [STEP E3] 執(zhí)行體 NEXT 說明： 上述語法結(jié)構(gòu)中的變量或表達(dá)式含義如下 ： I 為循環(huán)控制變量，必須為整型，一般應(yīng)為中間變量，或窗口中間變量。 FOR I = 0 TO 3 m = m+1。 示例 2： m = 0。 NEXT 在上例中，循環(huán)次數(shù)為 6， I 每次增量為 2。第一次循環(huán) I 取值為 0。 E2 為 I 的上限。 IndirVar[4] = amp。（ IndirVar 為一間接變量） IndirVar[0] = amp。a 的值為 3 時(shí)將執(zhí)行 b = b+2。 Default: b = b+10。 示例 1： Switch (a) Case 0: b = b+ 1。 To 關(guān)鍵字可用來指定一個(gè)數(shù)值范圍，如 5 TO 10,表示取值為 5 到 10 之間，包括 5 和 10。 4) SWITCH 多分支結(jié)構(gòu) Switch 語句也稱為開關(guān)語句，它是多分支結(jié)構(gòu)，而 if 語句是二分支結(jié)構(gòu)，多分支語句用來實(shí)現(xiàn)多分支選擇，它能夠根據(jù)表達(dá)式的值來決定控制的轉(zhuǎn)向，即根據(jù)表達(dá)式的值，來決定執(zhí)行幾組語句中的其中 之一。 /*、 */必須配對(duì)使用，出現(xiàn)在這兩者之間的所有文本都是注釋。 3．表達(dá)式：關(guān)鍵字、運(yùn)算符、變量、字符串常數(shù)、數(shù)字或?qū)ο蟮慕M合。它是一種解釋性的編程語言，是從主流開發(fā)編程語言演變而來的，比如 C、 BASIC、 PASCAL 等，通常是它們的子集，腳本不能單獨(dú)運(yùn)行，比如力控軟件的腳本要靠 VIEW 程序解釋執(zhí)行，腳本可以擴(kuò)充和增強(qiáng) VIEW 程序的功能，使系統(tǒng)更具靈活，根據(jù)特殊需要可進(jìn)行特殊定制，使二次開發(fā)時(shí)更加靈活方便。 4．按鍵腳本：當(dāng)按下某一個(gè)鍵時(shí)執(zhí)行指定動(dòng)作。 動(dòng)作腳本 動(dòng)作腳本可以增強(qiáng)對(duì)應(yīng)用程序控制的靈活性。雙擊標(biāo)簽組件，彈出文本動(dòng)畫連接，單擊數(shù)值輸出模擬輸出按鈕 。 圖 35 水泵啟動(dòng)與停止開關(guān)動(dòng)畫連接 3． 水罐液位變量 與水罐連接，如圖 36 所