【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中存放的二進(jìn)制數(shù)為 0，將它送到繼電器型輸出模塊，對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸電斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。 當(dāng) CPU 的工作模式從 RUN 變?yōu)?STOP 時(shí)，數(shù)字量輸出裝置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，默認(rèn)的設(shè)置是將數(shù)字量輸出清零。 如果在程序中使用了中斷，當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)， CPU 停止正常的掃描工作模式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高 PLC 對(duì)某些 事件的響應(yīng)速度。 4． 2 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試步驟 1）系統(tǒng)設(shè)計(jì) a. 深入了解被控系統(tǒng) 第一步是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)前應(yīng)熟悉圖紙資料，深入調(diào)查研究，與工藝、機(jī)械方面的技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)操作人員密切配合，共同討論，解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。應(yīng)詳細(xì)了解被控對(duì)象的全部功能，例如機(jī)械部分的動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必要的保護(hù)和自鎖，系統(tǒng)要求哪些工作方式（例如手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)），設(shè)備內(nèi)部機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、儀表、電氣幾大系統(tǒng)之間的關(guān)系， PLC 與其他智能設(shè)備（例如別的 PLC、計(jì)算機(jī)、變頻器、工業(yè)電視、機(jī)器人）之間的關(guān)系， PLC是否需要通信聯(lián)網(wǎng)，需要顯示哪些數(shù)據(jù)及顯示的方式等等，電源突然停電及緊急情況的處理，以及安全電路的設(shè)計(jì)。有時(shí)需要設(shè)置 PLC之外的手動(dòng)的或機(jī)電的聯(lián)鎖裝置來防止危險(xiǎn)的操作。 對(duì)于大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要考慮將系統(tǒng)分解為幾個(gè)獨(dú)立的部分，各部分分別用單獨(dú)的 PLC或其他控制裝置來控制，并考慮它們之間的通信方式。 小型多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及溫控、上位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 41 頁 b. 人機(jī)界面的選擇 人機(jī)界面用于操作人員和 PLC之間的信息交換。 用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。使用人機(jī)界面還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、 簡(jiǎn)單化，同時(shí)也能減少 PLC控制器所需的 I/O點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)的成本同時(shí)由于面板控制的小型化及高性能，相對(duì)的提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值 。 PLC本身的數(shù)字輸入和數(shù)字顯示功能較差，可以用 PLC的開關(guān)量 I/O點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字的輸入和顯示，但是占用的 I/O點(diǎn)多，可能還需要用戶自制硬件。 觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注，它的簡(jiǎn)單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如 :自動(dòng)化停車設(shè)備、自動(dòng)洗車機(jī)、天車升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可用于智能大廈管理、會(huì) 議室聲光控制、溫度調(diào)整。 在我的系統(tǒng)中選擇的是 MT500系列觸摸屏，它 是專門面向 PLC應(yīng)用的，它不同于一些簡(jiǎn)單的儀表式或其它的一些簡(jiǎn)單的控制 PLC的設(shè)備，其功能非常強(qiáng)大，使用非常方便。 而且它的編程軟件能夠提供以下幾個(gè)功能 : 1 指示燈 (PLC I/O顯示、內(nèi)部節(jié)點(diǎn)顯示、多段指示燈等 ) 2 開關(guān) (位狀態(tài)型開關(guān)、多段開關(guān)、切換窗口開關(guān)等 ) 3 各種動(dòng)態(tài)圖表 (棒圖、儀表、移動(dòng)元件、趨勢(shì)圖等 ) 4 數(shù)據(jù)顯示 (數(shù)值顯示、 ASCII顯示、文字顯示等 ) 5 數(shù)據(jù)輸入 (數(shù)值輸入、 ASCII輸 入、文字輸入等 ) 6 異常報(bào)警 (報(bào)警顯示、跑馬燈顯示、事件顯示等 ) 7 靜態(tài)顯示 (直線、圓、矩形、文字等 ) 選擇通信方式時(shí)，應(yīng)考慮通信網(wǎng)絡(luò)允許的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)，最大通信距離和通信接口是否需要光電隔離等問題。選擇通信速率時(shí)應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)中單位時(shí)間內(nèi)可能的最大信息流量，并應(yīng)保留一定的余地。 2） 硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試 a. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與組態(tài) 首先應(yīng)該給給輸入、輸出變量分配地址。因?yàn)樘菪螆D中變量的地址于 PLC的外部接線端子號(hào)是一直的，這一步為繪制硬件接線圖做好了準(zhǔn)備，也為了梯形圖的設(shè)計(jì)做好 了準(zhǔn)備；接著畫出 PLC的外部硬件接線圖，以及其他電氣原理圖和接線圖；最后畫出操作站和控制柜面板的機(jī)械布置圖和內(nèi)部的機(jī)械安裝圖。 b. 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化程序、主程序、子程序、中斷程序、故障應(yīng)急措施和輔助程序等，小型開關(guān)量控制系統(tǒng)一般只有主程序。 首先根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定用戶程序的基本結(jié)構(gòu)，畫出程序流程圖或開關(guān)量控制系統(tǒng)的順序功能圖。它們是編程的主要依據(jù)，應(yīng)盡可能地準(zhǔn)確和詳細(xì)。 c. 軟件的模擬調(diào)試 設(shè)計(jì)好用戶程序后，一般先做模擬調(diào)試。在程序運(yùn)行時(shí)，可以用程序狀態(tài)功能或狀態(tài)表來監(jiān)視 程序的運(yùn)行情況。調(diào)試順序控制程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合順序功能小型多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及溫控、上位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 41 頁 圖的規(guī)定，即在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)條件都滿足時(shí)，該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式，順序功能圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)修改程序，直到在各種可能的情況下輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)系完全符合要求。 d. 硬件調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試 在對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制屏， PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行。完成硬件的安裝和接線后，應(yīng)對(duì)硬件的功能進(jìn)行檢查，觀察各輸入點(diǎn)的狀態(tài)變化是否能送給 PLC。在 STOP模式用編程軟件將 PLC的輸出點(diǎn)強(qiáng)制為 ON或 OFF，觀察對(duì)應(yīng)的 PLC的負(fù)載（例如外部的電磁閥和接觸器）的動(dòng)作是否正常。 對(duì)于像溫度控制系統(tǒng)這樣有模擬量輸入的系統(tǒng)，可以給模擬量輸入模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號(hào)，通過調(diào)節(jié)模塊上的電位器或程序中的系數(shù)，使模擬量輸入信號(hào)和轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量之間的關(guān)系滿足要求。 e. 整理技術(shù)文件 根據(jù)調(diào)試的最終結(jié)果整理出完成的技術(shù)文件。 4． 3 PLC 溫控程序設(shè)計(jì)中 PID算法的使用 本模型的加熱裝置采用家用水杯保溫器，內(nèi)部靠線圈生熱，裝置本身功率不可調(diào)，只有開 /關(guān)兩種狀態(tài)。由于線圈有較大電感，不能通過 PWM方式高頻通斷來改變電壓，進(jìn)而改變功率。所以，采用了較長(zhǎng)周期（ 5秒）內(nèi)，改變加熱器通斷時(shí)間的方法，宏觀上實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，改變裝置輸出功率，最終達(dá)到加熱和保溫的溫度控制目的。本例中 PID算法的數(shù)字輸出是一個(gè)給定周期的百分比，實(shí)質(zhì)是改變輸出位的占空比。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，輸出點(diǎn)長(zhǎng)期處于較頻繁的通斷狀態(tài)切換，這是選擇晶體管輸出而非繼電器輸出 PLC的原因所在。 1） PID算法 PID 控制最初在模擬量控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，隨著離散控制理論的發(fā)展， PID也在計(jì)算機(jī)化控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。 PID是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例－積分－微分控制算法 ，取其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以組成 P、PD 或 PI 控制器。需要較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和較高的穩(wěn)態(tài)精度時(shí)，可以選用 PI 控制方式；控制對(duì)象的慣性滯后較大時(shí)，應(yīng)選擇 PID控制方式。 PID控制器根據(jù)設(shè)定值（給定）與被控對(duì)象的實(shí)際值（反饋）的差值，按照 PID算法計(jì)算出控制器的輸出量，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)去影響被控對(duì)象的變化。 PID控制是負(fù)反饋閉環(huán)控制，能夠抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種 因素所引起的擾動(dòng)，使反饋跟隨給定變化。 PID控制器是應(yīng)用最廣的閉環(huán)控制器，這是因?yàn)?PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn) 3. 有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性 4. 使用方便 基于以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 PID算法，進(jìn)行對(duì)溫度的閉環(huán)控制。 計(jì)算機(jī)化的 PID控制算法有幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù) Kc（ Gain，增益）， Ti（積分時(shí)間常數(shù)），Td（微分時(shí)間常數(shù)）， Ts（采樣時(shí)間）。 小型多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及溫控、上位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 41 頁 控制器的輸出 =比例項(xiàng) +積分項(xiàng) +微分項(xiàng) +輸出的初始值 ? 增益（ Gain，放大系數(shù)，比例常數(shù)） 增益與偏差（給定與反饋的差值）的乘 積作為控制器輸出中的比例部分。過大的增益會(huì)造成反饋的振蕩 ， 增益太小 ,又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作遲緩。 ? 積分時(shí)間（ Integral Time） 偏差值恒定時(shí)，積分時(shí)間決定了控制器輸出的變化速率。積分時(shí)間越短，偏差得到的修正越快。過短的積分時(shí)間有可能造成不穩(wěn)定。 積分時(shí)間的長(zhǎng)度相當(dāng)于在階躍給定下，增益為 “1” 的時(shí)候，輸出的變化量與偏差值相等所需要的時(shí)間，也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時(shí)間。 如果將積分時(shí)間設(shè)為最大值，則相當(dāng)于沒有積分作用。 ? 微分時(shí)間（ Derivative Time） 偏差值發(fā)生改變時(shí)，微分作用將增加 一個(gè)尖峰到輸出中，隨著時(shí)間流逝減小。微分時(shí)間越長(zhǎng)，輸出的變化越大。微分使控制對(duì)擾動(dòng)的敏感度增加，也就是偏差的變化率越大，微分控制作用越強(qiáng)。微分相當(dāng)于對(duì)反饋?zhàn)兓厔?shì)的預(yù)測(cè)性調(diào)整。如果將微分時(shí)間設(shè)置為0就不起作用，控制器將作為 PI調(diào)節(jié)器工作。 ? 采樣時(shí)間： （ Sample Time） 計(jì)算機(jī)必須按照一定的時(shí)間間隔對(duì)反饋進(jìn)行采樣，才能進(jìn)行 PID控制的計(jì)算。采樣時(shí)間就是對(duì)反饋進(jìn)行采樣的間隔。短于采樣時(shí)間間隔的信號(hào)變化是不能測(cè)量到的。過短的采樣時(shí)間沒有必要，過長(zhǎng)的采樣間隔顯然不能滿足擾動(dòng)變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場(chǎng) 合。 2） PID指令向?qū)? 西門子 PLC軟件開發(fā)環(huán)境 STEP 7 Micro/WIN里面自帶了 PID 指令向?qū)Чδ?，大大?jiǎn)化了 PID算法的設(shè)計(jì)，只要正確配置其中的參數(shù)，便可完成 PID閉環(huán)控制。 必須把外圍實(shí)際的物理量與 PID功能塊需要的（或者輸出的）數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就是所謂輸入 /輸出的轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化處理。 PID指令向?qū)Ь幊滩襟E如下： 在 Micro/WIN 中的命令菜單中選擇 Tools Instruction Wizard， 然后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇 PID指令 。 小型多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及溫控、上位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 41 頁 圖 1. 選擇 PID向?qū)? 在使用向?qū)r(shí)必 須先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯，在隨后彈出的對(duì)話框中選擇 “ Yes” ，確認(rèn)編譯。如果已有的程序中存在錯(cuò)誤，或者有沒有編完的指令，編譯不能通過。如果項(xiàng)目中已經(jīng)配置了一個(gè) PID回路，則向?qū)?huì)指出已經(jīng)存在的 PID回路，并讓你選擇是配置修改已有的回路，還是配置一個(gè)新的回路 。 圖 2. 選擇需要配置的回路 第一步：定義需要配置的 PID回路號(hào) 圖 3. 選擇 PID回路號(hào) 一個(gè)程序中可同時(shí)進(jìn)行八路 PID運(yùn)算，回路號(hào)為 07。 第二步：設(shè)定 PID回路參數(shù) 小型多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及溫控、上位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 41 頁 圖 4. 設(shè)置 PID參數(shù) a. 定義回路設(shè)定值（ SP，即給定）的范圍： 在低限（ Low Range）和高限（ High Range）輸入域中輸入實(shí)數(shù)，缺省值為 ， 在本例中可理解為測(cè)量溫度的上下限實(shí)際值 。 以下定義 PID回路參數(shù)，這些參數(shù)都應(yīng)當(dāng)是實(shí)數(shù)： b. Gain（增益） ：即比例常數(shù)。 c. Integral Time（積分時(shí)間） ：如果不想要積分作用，可以把積分時(shí)間設(shè)為無窮大：輸入 “INF” 。 d. Derivative Time（微分時(shí)間） ：如果不想要微分回路，可以把微分時(shí)間設(shè)為 0 。 e. Sample Time（采樣時(shí)間） ：是 PID控制回路對(duì)反饋采樣和重新計(jì)算輸出值的時(shí)間間隔。 注 意： 關(guān)于具體的 PID參數(shù)值，每一個(gè)項(xiàng)目都不一樣，需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來定，沒有所謂經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。 第三步：設(shè)定回路輸入輸出值 小型多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及溫控、上位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 41 頁 圖 5. 設(shè)定 PID輸入輸出參數(shù) 在圖 5中，首先設(shè)定過程變量的范圍： a. 指定輸入類型 o Unipolar： 單極性，即輸入的信號(hào)為正，如 0－ 10V或 0－ 20mA等 o Bipolar：雙極性，輸入信號(hào)在從負(fù)到正的范圍內(nèi)變化。如輸入信號(hào)為 177。10V 、177。5V 等時(shí)選用 o 20% Offset：選用 20%偏移。如果輸入為 4－ 20mA則選單極性及此項(xiàng)， 4mA是 0－ 20mA信號(hào)的 20%，所以選 20% 偏移，即 4mA對(duì)應(yīng) 6400， 20mA對(duì)應(yīng) 32021 b. 反饋輸入取值范圍 o 在 Unipolar時(shí)，缺省值為 0 32021，對(duì)應(yīng)輸入量程范圍 0 10V或 0 20mA等，輸入信號(hào)為正 o 在 Bipolar時(shí)，缺省的取值為 32021 +32021，對(duì)應(yīng)的輸入范圍根據(jù)量程不同可以是 177。10V 、 177。5V 等 o 在 20% Offset時(shí)，取值范圍為 6400 32021，不可改變 c. Output Type（輸出類型） 可以選擇模擬量輸出或數(shù)字量輸出。模擬量輸出用來控制一些需要模擬量給定的設(shè)備，如比例閥、變 頻器等；數(shù)字量輸出實(shí)際上是控制輸出點(diǎn)的通、斷狀態(tài)按照一定的占空比變化，可以控制固態(tài)繼電器（加熱棒等） d. 選擇模擬量則需設(shè)定回路輸出變量值的范圍，可以選擇： o Unipolar：?jiǎn)螛O性輸出，可為 010V或 020mA等 o Bipolar：雙極性輸出，可為正負(fù) 10V或正負(fù) 5V等 o 20% Offset：如果選中 20% 偏移，使輸出為 420mA e. 取值范圍：