【文章內(nèi)容簡介】 部程序編輯后，在主程序OB1上進行組織。在主程序OB1上，首先編輯子程序、中斷程序的調(diào)用條件，然后打開指令數(shù)中的“指令文件夾”、選擇“指令分類文件夾”，并栓劑相應(yīng)的子程序號，即可輸入子程序、中斷程序的調(diào)用指令。 程序編輯要點STEP7Micro/WIN編程軟件的梯形圖以“網(wǎng)絡(luò)”為單位進行處理，程序段的注釋也以網(wǎng)絡(luò)為單位進行，網(wǎng)絡(luò)的編號可由編輯軟件自動生成。STEP7Micro/WIN對網(wǎng)絡(luò)有以下規(guī)定的格式要求。（1） 同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有編程元件都必須且只能用梯形圖上的連線連接，僅通過主母線連接的程序塊不能編寫在同一網(wǎng)絡(luò)中。（2） 為了減少程序中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)、簡化程序、方便程序閱讀與注釋，有時需要將相互關(guān)聯(lián)的程序塊組合到同一網(wǎng)絡(luò)中，這時應(yīng)通過狀態(tài)恒為“1”，在網(wǎng)絡(luò)中建立一條子母線來連接不同的程序塊。（3） 網(wǎng)絡(luò)原則上應(yīng)以直接連接于主母線的觸點為起始，即使實際程序塊并不需要觸電，但為了滿足格式的要求，編程時也需要插入狀態(tài)恒為“1”。 PLC監(jiān)控 PLC由STOP(停止）和RUN(運行）兩種基本工作模式。可以通過CPU模塊上的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)控制PLC的STOP與RUN。但是，當(dāng)PLC操作系統(tǒng)檢測到重大錯誤時，將強制從RUN模式轉(zhuǎn)入STOP模式。STOP模式可用編程計算機直接編輯PLC中的程序，但不執(zhí)行PLC程序；RUN模式不但可以執(zhí)行程序，還可編輯和監(jiān)控PLC程序的狀態(tài)。通過計算機監(jiān)控PLC工作狀態(tài)時，CPU模塊上的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)設(shè)為“TERM”或“RUN”模式。模式TERM不會改變PLC原有的操作模式，但可通過編程計算機改變PLC的操作模式。2. PLC監(jiān)控可通過主菜單“調(diào)試”選項，監(jiān)視、讀取、寫入和強制寫入PLC狀態(tài)。監(jiān)視和調(diào)試功能可在程序編輯器中顯示，也可以狀態(tài)圖的形式顯示。（1） 程序編輯器監(jiān)控選擇主菜單“調(diào)試”上的“使用執(zhí)行狀態(tài)”選項，單擊工具條中的“程序狀態(tài)監(jiān)控”快捷按鈕或選擇主菜單命令“調(diào)試”→“程序狀態(tài)”，可在程序編輯器中監(jiān)控PLC的實際執(zhí)行狀態(tài)。PLC所顯示的狀態(tài)時PLC循環(huán)掃描完成后的元件狀態(tài)。編輯元件中出現(xiàn)綠色只是表明該編程元件接通，紅色表示指令有誤，灰色表示指令未被掃描（跳過或未調(diào)用）。（2） 狀態(tài)圖監(jiān)控單擊瀏覽條上的“狀態(tài)圖”圖標或選擇主菜單“檢視”→“元件”→“狀態(tài)圖”可打開狀態(tài)圖監(jiān)控頁面。在狀態(tài)圖監(jiān)控頁面的“地址”欄輸入需要監(jiān)控的操作數(shù)（信號）地址，并右擊相應(yīng)的單元格，進行信號地質(zhì)的插入、刪除等操作。利用工具條中的“狀態(tài)圖顯示”按鈕，可對輸入的地址進行重新排列。信號的狀態(tài)將在狀態(tài)圖的“現(xiàn)行值”欄中顯示。當(dāng)PLC處于“STOP”模式時，顯示的是PLC程序執(zhí)行前的初始值或條件；當(dāng)PLC處于“RUN”模式時，則可連續(xù)監(jiān)控執(zhí)行過程中的狀態(tài)。 wincc flexible組態(tài)軟件WinCC flexible是一種前瞻性的面向機器的自動化概念的HMI軟件，它具有舒適而高效的設(shè)計。 wincc flexible簡介WinCC flexible是用于所有組態(tài)任務(wù)的工程系統(tǒng)。WinCC flexible采用模塊化的設(shè)計。隨著版本的逐步升高，所支持的設(shè)備范圍以及WinCC flexible的功能都得到了擴展。1. 原理在WinCC flexible中創(chuàng)建新項目或打開現(xiàn)有項目時，WinCC flexible環(huán)境將在您的編程計算機的屏幕上打開。在“項目視圖”中顯示項目結(jié)構(gòu)，并可對項目進行管理。WinCC flexible為每一項組態(tài)任務(wù)提供專門的編輯器。例如，在“畫面”編輯器中組態(tài)HMI設(shè)備的GUI。或者使用“離散量報警”編輯器組態(tài)報警。所有與項目相關(guān)的組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在項目數(shù)據(jù)庫中。2. 組態(tài)支持 WinCC flexible用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視機器與設(shè)備。WinCC flexible提供了對面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。例如，這會涉及到批量數(shù)據(jù)的處理、自動傳送、甚至是運動路徑的智能組態(tài)問題。 WinCC flexible的組件 flexible工程系統(tǒng) WinCC flexible工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任務(wù)的軟件。WinCC flexible版本決定了在SIMATIC HMI系列中可以組態(tài)哪些HMI設(shè)備。 flexible運行系統(tǒng) WinCC flexible運行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件。在運行系統(tǒng)中，您可以在過程模式下執(zhí)行項目。 flexible選件 WinCC flexible選件可以擴展WinCC flexible的標準功能。每個選件需要一個單獨的許可證。第3章 電動機轉(zhuǎn)速控制 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路 系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機，隨后將電機的轉(zhuǎn)速反饋給PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實現(xiàn)無靜差調(diào)速。具體如下圖所示：速度給定速度反饋信號+PLC（PID）變頻調(diào)速系統(tǒng)電機 速度閉環(huán)控制的機構(gòu)控制圖 變頻器參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器G120。為滿足設(shè)計的要求，需要對變頻器的參數(shù)進行設(shè)定，設(shè)定如下參數(shù)號名稱設(shè)置功能P700選擇命令源2由端子排輸入P701數(shù)字輸入0的功能0禁止數(shù)字輸入P702數(shù)字輸入1的功能1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)）P703數(shù)字輸入2的功能2ON/OFF1（接通反轉(zhuǎn)）P1000選擇頻率設(shè)定值的來源2模擬量 設(shè)定值 變頻器參數(shù)設(shè)置 轉(zhuǎn)速控制外部硬件連接圖 外部電路連接圖 PLC程序設(shè)計 系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式來控制電機的調(diào)速，在編寫程序的時候可以分為三部分：主程序、中斷程序和子程序。 主程序： 主要是用來啟動中斷程序以及控制量的輸入和子程序的調(diào)用。 中斷程序：調(diào)用PID指令進行運算以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。 子程序：　初始化HSC，中斷程序參數(shù)設(shè)置，PID參數(shù)設(shè)置 PID算法 PID控制原理圖PLC的PID控制器設(shè)計是以連續(xù)系統(tǒng)PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，經(jīng)采樣將其數(shù)字化寫成離散形式PID控制方程，再根據(jù)離散方程進行控制程序設(shè)計。典型的PID算法包括3項，比例項、積分項和微分項。即：輸出＝比例項＋積分項＋微分項。計算機在周期性地采樣并離散化后進行PID運算，算法如下：Mn=Kc*（SPnPVn）+Kc*（Ts/Ti）*（SPnPVn）+Mx+Kc*（Td/Ts）*（PVn1PVn）（）比例項Kc*（SPnPVn）：能及時地產(chǎn)生與偏差（SPnPVn）成正比的調(diào)節(jié)作用，比例系數(shù)Kc越大，比例調(diào)節(jié)作用越強，系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定精度越高，但Kc過大會使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。積分項Kc*（Ts/Ti）*（SPnPVn）+Mx：與偏差有關(guān)，只要偏差不為0，PID控制的輸出就會因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動作較慢，給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定帶來不良影響，很少單獨使用。積分時間常數(shù)Ti增大，積分作用越強，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。微分項Kc*（Td/Ts）*（PVn1PVn）：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測的特點。微分時間常數(shù)Td增大時，超調(diào)量減少，動態(tài)性能得到改善，但Td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時可能上升緩慢。許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過設(shè)置參數(shù)可對回路進行控制類型進行選擇。 內(nèi)存變量分配表程序地址分配地址說明VD20目標速度設(shè)定存放地址VD300當(dāng)前實際速度存放地址 程序地址分配表 PID指令回路表地址名稱說明VD200過程變量（PVn）~VD204給定值（SPn）~VD208輸出值（Mn）~VD212增益（Kc）比例常數(shù)，可正可負VD216采樣時間（Ts）單位為s，必須是正數(shù)VD220采樣時間（Ti）單位為min，必須是正數(shù)VD224微分時間（Td）單位為min，必須是正數(shù) PID指令分配表 速度反饋設(shè)計 構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。速度的測量可以通過光電編碼器和PLC來實現(xiàn)。 速度采集：S7200具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達到30KHz，共有6個高速計數(shù)器（HSC0~HSC5）工作模式有12種。在固定時間間隔內(nèi)采集脈沖差值，通過計算既可以獲得電動機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計中：采樣周期為1s 即是每隔1s采集脈沖一次，高速計數(shù)器選用4倍頻計數(shù)，光電開關(guān)每轉(zhuǎn)發(fā)出1000個脈沖，那么就可以得到速度為 （） 其中 為采樣周期內(nèi)接受到的脈沖數(shù)。轉(zhuǎn)速的單位為 。 閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給PLC，再通過與給定量比較，輸出給PID控制部分，從而調(diào)節(jié)速度使其能達到設(shè)定要求。 調(diào)試與數(shù)據(jù)分析 PID參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時間Ti和和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗，其規(guī)律如下表所示： 實驗湊試法的整定步驟為先比例，再積分，最后微分。 （1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 （2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。 （3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。 整定后的PID參數(shù)如下表：被控變量比例積分時間（min）微分時間（min)轉(zhuǎn)速~~ PID參數(shù)表 運行結(jié)果系統(tǒng)控制效果如下： 速度設(shè)定為600r/min 設(shè)定速度600r/min是的反饋速度 設(shè)定速度為759r/min 設(shè)定速度為759r/min時的反饋速度第四章 電機轉(zhuǎn)角控制 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路 系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機，隨后將電機的轉(zhuǎn)角由編碼器反饋給PLC，具體如下圖所示：電機變頻器角度換算模塊角度給定實際轉(zhuǎn)角編碼器 角度控制系統(tǒng) 變頻器參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器G120。為滿足設(shè)計的要求，需要對變頻器的參數(shù)進行設(shè)定，設(shè)定如下參數(shù)號名稱設(shè)置功能P700選擇命令源2由端子排輸入P701數(shù)字輸入0的功能0禁止數(shù)字輸入P702數(shù)字輸入1的功能1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)）P703數(shù)字輸入2的功能2ON/OFF1（接通反轉(zhuǎn)）P1000選擇頻率設(shè)定值的來源2模擬量 設(shè)定值 變頻器參數(shù)設(shè)置 硬件連接圖 外部電路連接圖 PLC程序設(shè)計 系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式來控制電機的調(diào)速，在編寫程序的時候可以分為兩個部分：主程序和子程序。 主程序： 主要是用來調(diào)用子程序和控制量的輸入。子程序：　初始化HSC，角度測量換算模塊。 電機轉(zhuǎn)角控制設(shè)計思路電機轉(zhuǎn)角的控制是指在電機轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，限定電機轉(zhuǎn)動的時間或距離來達到控制電機轉(zhuǎn)動角度的目的，由此可以推出兩種方案，一個是可以把電機轉(zhuǎn)動的角度換算成電機轉(zhuǎn)動的時間，時間到了之后電機停止轉(zhuǎn)動；另一個是把電機轉(zhuǎn)動的角度換算成編碼器脈沖數(shù)，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度的時候，電機停止轉(zhuǎn)動。為了計算方便，本次設(shè)計采用的是60r/min的電機轉(zhuǎn)速，即電動機每秒轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn)。在采用方案一的時候發(fā)現(xiàn)，在給定的轉(zhuǎn)速之下，想要達到轉(zhuǎn)動角度的時間很短，大多不到1S，而在短時間內(nèi)，變頻器并不能順利啟動電機并使之轉(zhuǎn)動相應(yīng)的時間，因此放棄方案一。方案二中不難得出轉(zhuǎn)角與編碼器脈沖數(shù)之間的換算公式： （）其中n是編碼器脈沖數(shù)，α是設(shè)定角度。由此得出旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度所需要的編碼器脈沖數(shù)，然后設(shè)計程序，使電動機在達到要求后停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)角度控制。 程序地址分配地址說明VD200目標角度設(shè)定存放地址VD216當(dāng)前實際角度存放地址 運行結(jié)果本次設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的正傳反轉(zhuǎn)角度控制，轉(zhuǎn)角控制范圍在360~360度之間 角度控制結(jié)果趨勢圖第5章 WINCC Flexible 人機界面設(shè)計略第6章 總結(jié)略參 考 文 獻[1