【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以上的環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時(shí)，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)。 （三）衰減曲線法（阻尼振蕩法） 圖 6 4： 1衰減曲線法圖形 在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動(dòng)觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖 6 所示的 4： 1 衰減過程為止。這時(shí)的比例度稱為 4： 1 衰減比例度，用δ S表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為 4：1 衰減周期 TS。根據(jù)δ S和 TS，運(yùn)用表 3 所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。 表 3 衰減曲線法計(jì)算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI(min) TD(min) P δS PI PID TS （四）動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法 所謂動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的方法，即根據(jù)第二章中對(duì)象特性的階躍響應(yīng)曲線測(cè)試法測(cè)得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（ K、 T、τ等 ） ，利用表 4 所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于衰減率為 4：1 時(shí)調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。如果被控對(duì)象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（ 4： 1 衰減）就有難度，此時(shí)應(yīng)采 11 用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法進(jìn)行整定。 表 4 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI TD P TK?100% PI TK? 100% PID TK? 100% 2τ 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可采用上述任意一種整定方法。 12 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) S7400PLC 概述 SIMATIC S7400 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器 。 模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用，容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使 SIMATIC S7400 成為中、高檔性能控制領(lǐng)域中首選的理想解決方案。 SIMATIC S7400 的應(yīng)用領(lǐng)域包括：通用機(jī)械、汽車制造、立體倉庫、機(jī)床與工具、過程控制、控制與裝置儀表、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、控制設(shè)備制造、專用機(jī)械 。 多種級(jí)別 (功能逐步升級(jí) )的 CPU，種類齊全的通用功能的模板，使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或變得更加復(fù) 雜時(shí)，不必投入很多費(fèi)用。任何時(shí)候只要適當(dāng)?shù)脑黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級(jí)和充分滿足您的需要。 SIMATIC S7400 可編程控制器彩用模塊化設(shè)計(jì) ，模塊種類的品種繁多，功能齊全，應(yīng)用范圍十分廣泛，可用于集中形式的擴(kuò)展，也可用于帶 ET200M 分布式結(jié)構(gòu)的配置。 S7 系列 PLC 用 DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 ，各模塊用總線連接器連接在一起，系統(tǒng)配置靈活、維護(hù)簡(jiǎn)便、易擴(kuò)展。 一個(gè)系統(tǒng)可包括： 電源模板 (PS): 將 SIMATIC S7400 連接到 120/230VAC 或 24DC 電源上 。 中央處理單元 (CPU) ：有多種 CPU 可供用戶選擇，有些帶有內(nèi)置的PROFIBUSDP 接口，用于各種性能可包括多個(gè) CPU 以加強(qiáng)其性能。 數(shù)字量輸入和輸出 (DI/DO)和模擬量輸入和輸出 (AI/AO)的信號(hào)模板 (SM)。 通訊處理器 (CP)：用于總線連接和點(diǎn)到點(diǎn)連接。 功能模板 (FM)：專門用于計(jì)數(shù)、定位、凸輪等控制任務(wù)。 接口模板 (IM)，用于連接中央控制單元和擴(kuò)展單元。 SIMATIC S7400 中央控制器最多能連接 21 個(gè)擴(kuò)展單元。 SIMATIC M7 自動(dòng)化計(jì)算機(jī)： M7 是 AT 兼容的計(jì)算 機(jī)，用于要求解決高速計(jì)算機(jī)的技術(shù)問題。它既可用作 CPU 也可用作功能模板 (FM4564 應(yīng)用模板 )。 CPU 模塊是 PLC 的核心，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)并執(zhí)行用戶程序，存取其他模塊的數(shù)據(jù)，一般還具有某種類型的通信功能。信號(hào)模塊用來傳送數(shù)字量及模擬量信號(hào)。通信模塊可提供 PROFIBUS、以太網(wǎng)等通信連接形式。功能模塊有高速計(jì)數(shù)模塊等。 13 STEP 7 軟件的介紹 STEP 7 是用于 SIMATIC S7300/400 站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是 SIEMENS SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分。 STEP 7 以其強(qiáng)大的功能 和靈活的編程方式廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng) ，總體說來，它有如下功能特性： （ 1） 可通過選擇 SIMATIC 工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展 （ 2） 為功能摸板和通訊處理器賦參數(shù)值 （ 3） 強(qiáng)制和多處理器模式 （ 4） 全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊 （ 5） 使用通訊功能塊的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 （ 6） 組態(tài)連接 STEP7 提供了幾種不同的版本以適應(yīng)不同的應(yīng)用和需求， 具體見表 5。 表 5 STEP 7軟件版本 STEP 7 版本 適用場(chǎng)合 STEP 7Micro/DOS STEP 7Micro/WIN S7200 系列 PLC 的編程、組態(tài)軟件包 STEP 7 Lite S7300、 C7 系列 PLC、 ET200X 和 ET200S 系列分布式 I/O 的編程、組態(tài)軟件包 STEP 7 Basis S7300/S7400、 M7300/M7400和 C7 系列的編程、組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)軟件包 編程設(shè)備可以是 PG（編程器）或者 PC，它通過編程電纜與 PLC 的 CPU 模塊相連。用戶可以在 STEP 7 中編寫程序和對(duì)硬件進(jìn)行組態(tài)，并將用戶程序和硬件組態(tài)信息下載到 CPU，或者從 CPU 上載到 PG 或者 PC。當(dāng)程序下載、調(diào)試完成以后， PLC 系統(tǒng)就可以執(zhí)行各種自動(dòng)任務(wù)了。 硬件組態(tài) 硬件組成 硬件主要由以下幾部分別組成： 電源模塊： PS407 4070DA020AA0 控制器： CPU4123H 4123HJ140AB0 DP/PA 耦合器： IM157 1570AA810XA0（地址 3） 模擬量輸入輸出模塊： IM1531 1531AA030XB0（地址 4） 通信模塊： CP4431 4431EX100AB0 14 傳感器模塊： 壓力變送 器 （ I300304）、溫度變送器（ I306310） 、電磁流量計(jì)（ I312316）、氣動(dòng)閥門定位器（ I324338， Q300309） 變頻器模塊：西門子變頻器 建立項(xiàng)目 首先 雙擊桌面上的 STEP 7 圖標(biāo)，進(jìn)入 SIMATICManager 窗口，進(jìn)入主菜單“文件” ，選擇 “新建項(xiàng)目向?qū)А?，彈出標(biāo)題為 STEP7 向?qū)?:“新建項(xiàng)目” 的小窗口，如圖 7 所示 。 圖 7 新建項(xiàng)目界面 單擊下一步按鈕，彈出圖 8 所示向?qū)?，在新?xiàng)目中添加 CPU 模塊的型號(hào)為CPU4123H， 如圖 8 所示。 圖 8 CPU添加 15 單擊下一步按鈕，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。在程序的語言選擇上選擇 LAD 語言，即梯形圖語言， 如圖 9 所示。 圖 9 BIOCK設(shè)置 單擊下一步按鈕，輸入項(xiàng)目的名稱為水箱液位 串級(jí)控制系統(tǒng) ，單擊完成按鈕生成項(xiàng)目， 如圖 10 所示。 圖 10 項(xiàng)目名稱 組態(tài)硬件 在 STEP7 軟件硬件組態(tài)中選擇機(jī)架，機(jī)架導(dǎo)軌 1 號(hào)槽中放置電源模塊， 2 16 號(hào)槽中放置 CPU 控制器模塊，在 CPU 模塊的 DP 通訊接口上連接 DP 總線， DP總線上連接分布式 I/O 模塊、變頻器和 DP/PA 耦合器，耦合器通過 PA 總線連接壓力、溫度、流量、電氣閥門定位器四個(gè) PA 總線儀表。檢測(cè)數(shù)據(jù)通過總線傳輸給 CPU，最后，在 4 號(hào)槽中放置通信模塊，進(jìn)行通訊連接、程序下載。 其組態(tài)好硬件如圖 11 所示。 圖 11 系統(tǒng)硬件配置圖 檢測(cè)裝置 （ 1） 壓力傳感器、變送器 ： 采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的壓力傳感器和工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，擴(kuò)散硅壓力變送器含不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。壓力傳感器 用來對(duì)上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測(cè) ，其精度為 級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串接 24V 直流電源。 可以從 PLC的電源中獲得，輸出為 4~20mA 直流，接線如圖 12 所示。 圖 12 壓力變送器的接線圖 接線說明：傳感器為二線制接法，它的端子位于中繼箱內(nèi)，電纜線從中繼箱的引線口接入，直流電源 24V+接中繼箱內(nèi)正端 (+)，中繼箱內(nèi)負(fù)端 (— )接負(fù)載電阻的一端，負(fù)載電阻的另一端接 24V。傳感器輸出 4~20mA 電流信號(hào)，通過負(fù) 17 載電阻 RL=250Ω轉(zhuǎn)換成 1~5V 電壓信號(hào)。 （ 2）流量傳感器、變送器： 兩支渦輪流量計(jì)用來對(duì)由變頻器控制的動(dòng)力支路和由盤管出口流量的動(dòng)力支路的流量進(jìn)行檢測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，反應(yīng)快。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí)需提供 24V 直流電源。 流量范圍： 0～ ； 精度： %； 輸出：4～ 20mADC。 調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測(cè)采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊接口的檢測(cè)和變送一體的電磁式流量計(jì)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥： 采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。它具有精度高、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。由 CPU 直接發(fā)送的數(shù)字信號(hào)控制閥門的開度 ， 本氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)校正， 使用和校正 都 非常方便。 （ 2）變頻器： 本裝置采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSDP 通訊接口模塊的 變頻器， 其輸入電壓為單相 AC220V，輸出為三相 AC220V。 （ 3）水泵： 本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為 16CQ8P，流量為 32 升 /分，揚(yáng)程為 8 米 ，功率為 180W。 泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長(zhǎng)。其中 一只為三相 380V 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻 220V 輸出驅(qū)動(dòng)。 （ 4）電磁閥： 在本裝置電磁閥作為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，可以實(shí)現(xiàn)階躍和脈沖干擾，通過手動(dòng)閥開度可調(diào)節(jié)階躍和脈沖干擾的大。電磁閥為常閉式電磁閥； 工作壓力：最小壓力為 0Kg/㎝ 2，最大壓力為 10Kg/㎝ 2； 工作溫度：－ 5～ 80℃；工作電壓：AC220V。 控制器 控制器采用 SIEMENS 公司的 S7400 CPU，型號(hào)為 4123H，本 CPU 既具有能進(jìn)行多點(diǎn)通訊功能的 MPI 接口，又 具有 PROFIBUSDP 通訊功能的 DP 通訊接口。 靜音式空氣壓縮機(jī) 用于給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過三角膠帶傳帶動(dòng)空壓機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿帶動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使汽缸、活塞、閥組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變化，完成吸氣、壓縮、排氣的空氣壓縮過程，壓縮空氣經(jīng)繞有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。 18 空壓機(jī)設(shè)有氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣壓超過額定排氣壓力時(shí)，壓力開關(guān)會(huì)自動(dòng)切斷電源使空壓機(jī)自動(dòng)停止工作，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體壓力因外部設(shè)備的使用而下降到額定排壓以下 時(shí)，氣壓開關(guān)自 動(dòng)復(fù)位，空壓機(jī)又重新工作，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力保持在一定范圍內(nèi)。 程序中的塊介紹 STEP 7 編程軟件允許結(jié)構(gòu)化你的用戶程序，也就是說可以將程序分解為單個(gè)的、自成體系 的程序部分。這樣做有以下優(yōu)勢(shì)： ? 大規(guī)模的程序更容易理解 ? 可以對(duì)單個(gè)的程序部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 ? 程序組織簡(jiǎn)化 ? 程序修改更容易 ? 由于可以分別測(cè)試各個(gè)部分，查錯(cuò)更為簡(jiǎn)單 ? 系統(tǒng)的調(diào)試更容易 工業(yè)攪拌過程的示例說明了將一個(gè)自動(dòng)化過程分解為單個(gè)的任務(wù)的優(yōu)越性。結(jié)構(gòu)化的用戶程序的各個(gè)部分相應(yīng)于這些單個(gè)的任務(wù)，就是大家所知的程序塊。 塊類型 在 S7 程序中有幾種不同類型的塊可以使用 ，如表 6 所示。 表 6 塊類型 塊 功能的簡(jiǎn)要描述 參考 組織塊（ OB） OB 決定用戶程序的結(jié)構(gòu) 組織塊和程序結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)功能塊（ SFB） 系統(tǒng)功能（ SFC） SFB 和 SFC 集成在 S7 CPU中可以讓你訪問一些重要的系統(tǒng)功能 系統(tǒng)功能塊（ SFB）和系統(tǒng)功能（ SFC） 功能塊（ FB） FB 是帶有“存儲(chǔ)區(qū)域”的塊，你可以自己編程這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域 功能塊（ FB） 功能（ FC） FC 中包含經(jīng)常使用的功能的例行程序 功能（ FC） 背景數(shù)據(jù)塊 （背景 DB） 當(dāng)一個(gè) FB/SFB 被調(diào)用時(shí)，背景DB