【導(dǎo)讀】第二章PLC和組態(tài)軟件···········································3. 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用·········································3. 可編程控制器的組成和工作原理···································3. 可編程控制器的分類及特點(diǎn)·········································5

　　

【正文】 41所示， STEP7Micro/WIN 項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間。瀏覽條給出了多組按鈕，用于訪問 STEP7Micro/WIN 的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項(xiàng)目對(duì)象指令。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時(shí)局部變量的符號(hào)名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的的底部按標(biāo)簽顯示。 圖 41 STEP7Micro/WIN項(xiàng)目窗口 本項(xiàng)目中我們利用 STEP7Micro/WIN SP5編程軟件，其界面如圖 41所示。項(xiàng)目包括的基本組件：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號(hào)表、狀態(tài) 表、交叉引用表。 計(jì)算機(jī)與 PLC的通信 在 STEP7Micro/WIN 中雙擊指令樹中的“通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令的“查看” /“組件” /“通信”，將出現(xiàn)“通信”對(duì)話框 ,見圖 42。在將新的設(shè)置下載到 S7200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站的地址，是它與 S7200的地址。雙擊“通信”對(duì)話框中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會(huì)自動(dòng)搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的 S7200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的 S7200。 程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)思路 PLC 運(yùn)行時(shí)，通過特殊繼電器 ，將溫度設(shè)定值，PID 參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期是 17秒， TT1(出口水溫溫度傳感器 )將采集到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過 AIW0進(jìn)入 PLC，作為主回路的反饋值，經(jīng)過主控制器（ PID0）的 PI 運(yùn)算產(chǎn)生輸出信號(hào)，作為副回路的給定值。 TT2(爐膛水溫傳感器 )將采集到的爐膛水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過 AIW2進(jìn)入 PLC，作為副回路的反饋值，經(jīng)過副控制器（ PID1）的P運(yùn)算產(chǎn)生輸出的信號(hào) ,由 AQW0輸出，輸出的 420mA 電流信 號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對(duì)溫度的控制。 PID 指令向?qū)? 編寫 PID 控制程序時(shí)，首先要把過程變量（ PV）轉(zhuǎn)化為 之間的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)。 PID 運(yùn)算結(jié)束之后，需要把回路輸出（ 之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)）轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。 圖 43 PID初始化指令 如圖 43,PV_I 是模擬量輸入模塊提供的反饋值的地址， Setpoint_R 是以百分比為單位的實(shí)數(shù)給定值（ SP） ,Output 是 PID 控制器的 INT 型的輸出地址。 HighAlarm和 LowAlarm 分別是超過上限和下限的報(bào)警信號(hào)輸出， ModuleErr 是模擬量模塊的故障輸出信號(hào)。 控制程序及分析 因?yàn)橛?AIW0 和 AIW2 輸入的是 640032020 的數(shù)字量，所以要轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度要進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算公式為： 6 4 0 03 2 0 0 0 1 0 0)6 4 0 0( ? ??? DT 公式（ 41） 其中， T為實(shí)際溫度， D為 AIWO 和 AIW2 輸入的數(shù)字量。 PLC 的內(nèi)存地址分配見 表 41 地址 說明 VD250 鍋爐出口水溫度存放地址 VD260 爐膛水溫存放地址 VD270 主控制器 PID 輸出存放地址 VD300 目標(biāo)設(shè)定溫度存放地址 VD304 主控制器 Kc 存放地址 VD308 主控制器 Ti存放地址 VD312 主控制器 Td存放地址 VD320 副調(diào)節(jié)器 Kc 存放地址 表 41 內(nèi)存地址分配 PID 指令表見表 42： 地址 名稱 說明 VD0 主調(diào)節(jié)器過程變量（ PVn） 必須在 ~ 之間 VD4 主調(diào)節(jié)器給定 值（ SPn） 必須在 ~ 之間 VD8 主調(diào)節(jié)器輸出值（ Mn） 必須在 ~ 之間 VD12 主調(diào)節(jié)器增益（ Kc） 比例常數(shù)，可正可負(fù) VD16 主調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間（ Ts） 單位為 s，必須是正數(shù) VD20 主調(diào)節(jié)器積分時(shí)間（ Ti） 單位為 min，必須是正數(shù) VD24 主調(diào)節(jié)器微分時(shí)間（ Td） 單位為 min，必須是正數(shù) VD120 副調(diào)節(jié)器過程變量（ PVn） 必須在 ~ 之間 VD124 副調(diào)節(jié)器給定值（ SPn） 必須在 ~ 之間 VD128 副調(diào)節(jié)器輸出值（ Mn） 必須在 ~ 之間 VD132 副調(diào)節(jié)器增益（ Kc） 比例常數(shù)，可正可負(fù) VD136 副調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間（ Ts） 單位為 s，必須是正數(shù) VD140 副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間（ Ti） 單位為 min，必須是正數(shù) VD144 副調(diào)節(jié)器微分時(shí)間（ Td） 單位為 min，必須是正數(shù) 表 42 PID指令回路表 控制程序如圖 414— 圖 4所示 ： 主程序： 圖 414 控制程序 1 主調(diào)節(jié)器程序： 圖 415 控制程序 2 圖 416 控制程序 3 圖 417 控制程序 4 副調(diào)節(jié)器程序： 圖 418 控制程序 5 圖 419 控制程序 6 圖 420控制程序 7 第五章 組態(tài)畫面的設(shè)計(jì) 本章詳細(xì)的講解一個(gè)組態(tài)系統(tǒng)的建立和設(shè)計(jì)。 組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接 新建項(xiàng)目 雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭，按照彈出的建立向?qū)?，填寫工程名稱。然后打開剛建立的工程。進(jìn)入組態(tài)畫面的設(shè)計(jì) 進(jìn)入工程管理器后，在畫面右方雙擊“先建”，新建畫面，并設(shè)置畫面屬性，圖52 所示： 圖 52 畫面新建 因?yàn)?組態(tài)畫面要與西門子 S7200 PLC 連接之后才能使用，所以要新建 S7200 的連接 4 要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì) S7200 的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?nèi)存變量”和 I/O 變量兩類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行交換。而 I/O 變量是兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁， S7200 和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的 創(chuàng)建組態(tài)畫面 新建主畫面 如圖 59所示，高溫報(bào)警用來顯示當(dāng)溫度高于 95176。 C的時(shí)候，等會(huì)變紅 閃爍，加熱爐上的指示燈用來指示加熱爐的加熱狀態(tài)。 圖 59 控制系統(tǒng)主畫面 新建 PID 參數(shù)設(shè)定窗口 圖 510 PID參數(shù)設(shè)定窗口 如圖 510 所示， PID 參數(shù)設(shè)定窗口，用來設(shè)定主控制器和副控制器的 PID 參數(shù)值，可與 PID 參數(shù)的整定。 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線可在工具箱中雙擊后在畫面直接獲得。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線隨時(shí)間變化自 動(dòng)卷動(dòng)，可快速反應(yīng)變量的新變化 。如圖 512 所示 : 圖 512 實(shí)時(shí)曲線窗口 新建報(bào)警窗口 在工具箱中選用報(bào)警窗口工具，在面 板中繪制報(bào)警窗口，添加文本等就可。 如圖 514所示。由于前面已經(jīng)設(shè)置了報(bào)警變量，所以當(dāng)變量值超過所設(shè)置的溫度 85度 時(shí)，那就會(huì)在報(bào)警畫面中被記錄。 如圖 514 所示 : 圖 514 歷史報(bào)警窗口 實(shí)時(shí)報(bào)警畫面是要彈出來的，所以必須在新建畫面的時(shí)候，把大小調(diào)好，并選擇是 “ 覆蓋式 ” 。畫面的自動(dòng)彈出，在事件命令語言中，輸入 showpicture(實(shí)時(shí)報(bào)警窗口 )。\\本站點(diǎn) \$新報(bào)警 =0。，這樣每次新報(bào)警有產(chǎn)生，就會(huì)立刻出報(bào)警畫面。如圖 515所示。 圖 515 實(shí)時(shí)報(bào)警窗口 第六章 系統(tǒng)測(cè)試 組態(tài)王和 PLC 編程軟件不能同時(shí)啟動(dòng)，因?yàn)樗麄兪褂玫氖峭粋€(gè)端口，要想在線利用組態(tài)王監(jiān)控程序，那就先必須在關(guān)閉組態(tài)王的情況下，先把 PLC程序下載到 PLC中，并且運(yùn)行程序，再把編程軟件關(guān)閉，才可以啟動(dòng)組態(tài)王，這樣就可以利用組態(tài)王在線監(jiān)控了。 啟動(dòng)組態(tài)王 打開組態(tài)王的項(xiàng)目工程管理器，點(diǎn)擊窗口欄中“ WIEW”或者在畫面中點(diǎn)擊右鍵，選擇“切換到 VIEW”，啟動(dòng)組態(tài)王，進(jìn)入主畫面。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開一個(gè)信息窗口，可以通過信息窗口來知道，組態(tài)王的運(yùn)行情況以及和 PLC 的連 接是否成功。如果連接不成功，會(huì)出現(xiàn)通信失敗的提示語言，那就要查明原因，否則不能監(jiān)控。如果提示連接設(shè)備成功，窗口會(huì)顯示開始記錄數(shù)據(jù)，那就表示可以開始系統(tǒng)的運(yùn)行了。 組態(tài)監(jiān)控啟動(dòng)之后，會(huì)自動(dòng)顯示組態(tài)畫面，如圖 61 所示： 圖 61 監(jiān)控主畫面 實(shí)時(shí)曲線觀察 點(diǎn)擊組態(tài)畫面的實(shí)時(shí)曲線按鈕，可以觀察，在自 PID 參數(shù)的作用下，控制效果的情況。如圖 圖 63 所示： 圖 62 溫度實(shí)時(shí)曲線 控制器起到了調(diào)節(jié)作用，最后溫度穩(wěn)定在了設(shè)定溫度上，但是調(diào)節(jié)時(shí)間太長，大約 10min 左右， 所以，我們需要增大 Kc。點(diǎn)擊主控控制畫面的參數(shù)設(shè)定窗口，可以顯示 PID參數(shù)設(shè)定界面。參數(shù)設(shè)置如圖 64 所示： 圖 64 PID參數(shù)設(shè)置 查看數(shù)據(jù)報(bào)表 點(diǎn)擊主畫面的數(shù)據(jù)報(bào)表窗口，出現(xiàn)報(bào)表窗口，點(diǎn)擊報(bào)表查詢，可以查看報(bào)表記錄的數(shù)據(jù)。如圖 67所示： 圖 67 報(bào)表查詢 記錄的數(shù)據(jù)如圖 68所示： 圖 68 數(shù)據(jù)記錄 系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試 為了測(cè)試系統(tǒng)的的穩(wěn)定性，我們把溫度設(shè)定為 80176。 C，所得到的控制曲線如圖69所示： 圖 69 6080時(shí)的控制曲線 如圖所示，當(dāng)設(shè)定溫度改變時(shí)，系統(tǒng)是比較穩(wěn)定的。 當(dāng)實(shí)際溫度超過 85176。 C 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)報(bào)警畫面，如圖 610 所示： 圖 610 報(bào)警畫面 系統(tǒng)報(bào)警在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用。 結(jié)束語 本文成功的運(yùn)用了西門子 S7200PLC和組態(tài)王設(shè)計(jì)了一個(gè)人機(jī)監(jiān)控的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用串級(jí) PID 控制，利用粗調(diào)和細(xì)調(diào)，得到了一個(gè)反應(yīng)比較迅速，控制精度比較高的溫度控制系統(tǒng)。 組態(tài)王操作方便，有利于我們比較直觀的觀看控制曲線和溫度的變化。其中的報(bào)表、歷史曲線和報(bào)警顯示都是在當(dāng)今工業(yè)控制 中常用的。 當(dāng)然，本控制系統(tǒng)還有很多不足的地方。例如，系統(tǒng)的自適應(yīng)能力不強(qiáng)，因?yàn)槭抢蒙醽斫禍氐?，所以與外界 溫度環(huán)境密接相關(guān)，在不同的溫度環(huán)境下控制精度和控制能力是不同的 參考文獻(xiàn) [1]邵裕森 ,巴筱云 . 過程控制及儀表 . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1999 [2]邵裕森 ,戴先中 . 過程控制工程 . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2020 [3]中國電子學(xué)會(huì) . 2020/2020 傳感器與執(zhí)行器大全 .電子工業(yè)出版社 ,2020 [4]柴瑞娟 ,陳海霞 . 西門子 PLC 編程技術(shù)及工程應(yīng)用 .機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020 [5]文鋒 ，陳青 . 自動(dòng)控制理論 . 中國電力出版社 . 2020 [6]廖常初 . 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