【正文】 。 圖 44 通信參數(shù)設(shè)置 程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 PLC 運(yùn)行時(shí)，通過特殊繼電器 產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化 ，將溫度設(shè)定值 ， PID 參數(shù)值 等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位 ； 按啟動(dòng)按鈕 ，系統(tǒng) 開始溫度采樣，采樣周期為 10 秒； K 型熱電偶 傳感器把所測量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換（ 041 毫伏 ） ； 模擬量輸入通道 AIW0 通過讀入 041 毫伏 的模擬電 壓量送入 PLC； 經(jīng)過程序計(jì)算后得出實(shí)際測量的溫度 T,將 T 和溫度設(shè)定值比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。如圖 43所示。 （ 1）在 STEP7Micro/WIN 運(yùn)行時(shí)單擊通訊圖標(biāo)，或從“視圖”菜單中選擇選項(xiàng)“通信”，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)通信對話框（如圖 42所示） 。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是： （ 1）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性； （ 2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)； （ 3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（ Power FLow）不是實(shí)際意義 的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待； （ 4）與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查 [16]。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在梯級中，描述事件發(fā)生的條 件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。下面詳細(xì)介紹梯形圖的特點(diǎn)。盡管有某些限制，在這些程序編輯器的任何一 個(gè)中編寫的程序均可用其它程序編輯器進(jìn)行瀏覽和編輯。單擊標(biāo)簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換 [15]。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)局部變量的符號名。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項(xiàng)目對象和指令。工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。 STEP7Micro/WIN 簡單介紹 以 STEP7Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通 STEP 7Micro/WIN， 可雙擊 STEP 7Micro/WIN圖標(biāo)，或選擇開始（ Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 菜單命令?，F(xiàn)在加上中文程序后，可在全中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來更加方便。 編程軟 件 STEP7Micro/WIN 概述 STEP7Micro/WIN 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為 s7200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過 PLC 編程軟件（比如 STEP7Micro/WIN） 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序”。一般比較復(fù)雜的程序都可以分成若干個(gè)功能比較簡單的程序段，一個(gè)程序可以看成整個(gè)控制過 程的一步。這種方法很適合以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清晰，便于分析控制程序、查找故障點(diǎn)及調(diào)試和維修程序。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一種編程方法。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法，其圖形甚至元件名稱都有繼電器電路十分相似。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。 PLC 程序設(shè)計(jì)方法 編寫 PLC 程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。 第四章 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，上一章已經(jīng)詳細(xì)介紹了本項(xiàng)目硬件連接。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整 Ti 和 Td，再重復(fù)湊試，使曲 線最終符合控制要求 [13]。 2） 先根據(jù)表選取積分時(shí)間 Ti 和 Td，通常取 Td=(1/31/4)Ti，然后對比例度 ? 進(jìn)行反復(fù)湊試，直至得到滿意的結(jié)果。需要時(shí)，最后加入微分（ D）作用，即從零開始，逐漸加大微分時(shí)間 Td，由于微分作用能抑制振蕩，在加入微分作用之前，可以把積分時(shí)間也縮短一些。由 于積分作用將使振蕩加劇，在加入的積分作用之前，要先衰減比例作用，通常把比例度增大 10%20%。整定途徑有以下兩條： 1）先用單純的比例（ P）作用，即尋找合適的比例度 ? ，將人為加入干擾后的過渡過程調(diào)整為 4： 1 的衰減振蕩過程。它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行，通過觀察人為加入干擾（改變設(shè)定 值）后的過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應(yīng)的控制參數(shù)值，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。下面介紹下方法步驟。常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、反應(yīng)曲線法、自整定法等。這類方法計(jì)算繁雜，工作量又大，而且由于用解析法或?qū)嶒?yàn)測定法求得的對象數(shù)學(xué)模型都只能近似的反映過程的動(dòng)態(tài)特性，整定結(jié)果的精度是不高的，因而未在工程上受到 廣泛推廣?？刂破鲄?shù)整定方法很多，歸納起來可分為兩大類， 即理論計(jì)算整定法和工程整定法。 完成了上述內(nèi)容后，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)確定了。 （ 33） 式 33 中： pK 為比例系數(shù)， IT 為積分時(shí)間常數(shù)， DT 為微分時(shí)間常 數(shù)。但是理想微分控制器的控制結(jié)果也不能消除余差，而且控制效果要比純比例控制器更差。積分控制可以消除余差，但是工業(yè)上很少單獨(dú)使用積分控制的，因?yàn)榕c比例控制相比，除非積分速度無窮大，否則積分控制就不可能想比例控制那樣及時(shí)的對偏差加以響應(yīng)，所以控制器的輸出變化總是滯后與偏差的變化，從而難以對干擾進(jìn)行及時(shí)且有效的控制。 PID 控制及參數(shù)整定 比例、積分、微分三種控制方式各有獨(dú)特的作用。 分鐘； ? =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 31） 式 31 中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 圖 36 所示，方框圖如圖 37 所示。然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。 圖 34 系統(tǒng)框架圖 PLC 控制器的設(shè)計(jì) 控制器的設(shè)計(jì)是基于模型控制設(shè)計(jì)過程中最重要的一步。 PLC 和 HMI 相連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 表 34 I/O點(diǎn)分配表 2)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及硬件連接圖。 系統(tǒng)里的烤爐最高溫度不過幾百度，加上一定的裕度就足夠了，另外其成本也不算高 [12]。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍。 EM231 校準(zhǔn)和配置位置圖如圖 33所示。 表 32 EM231選擇模擬量輸入范圍的開關(guān)表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0到 10V ON OFF 0到 5V 0到 20mA 5uA 雙極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON 177。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸 入范圍。 5V,177。 本系統(tǒng)用的是 K 型熱電偶，所以 DIP開關(guān) SW1～ SW8 組態(tài)為 00100000； EM231 具體技術(shù)指標(biāo)見表 31。80mV范圍 )，所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。在這里，我們選用了西門子 EM231 4TC 模 擬量輸入模塊。 本溫度控制系統(tǒng)由于輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)不多，本可以使用 CPU224 以下的類型，不過為了能調(diào)用編程軟件 STEP 7 里的 PID模塊，只能采用 CPU226 及以上機(jī)種。還有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間空間， 6 個(gè)獨(dú)立的 30KHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20KHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。此系統(tǒng) 選用 S7200 CPU226， CPU226 集成了 24 點(diǎn)輸入 /16 點(diǎn)輸出，共有 40 個(gè)數(shù)字量 I/O。完整的 S7200 系 列 PLC 實(shí)物如圖 32 所示。 S7200 PLC 屬于小型整體式的 PLC, 本機(jī)自帶 RS485 通信接口、內(nèi)置電源和 I/O 接口。 5. 編寫技術(shù)文件 技 術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC程序以及使用說明書等 [10]。 現(xiàn)場調(diào)試。 (2)軟件模擬法是在 PLC 中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時(shí)效性不易保證。 根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種 形式。 4. 程序調(diào)試 程序調(diào)試分為 2 個(gè)階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場調(diào)試。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。這些程序相對獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢 復(fù)，對某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： (1)初始化程序。 3. 編寫應(yīng)用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì) PLC 程序。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等。在進(jìn)行 I/O 通道分配時(shí)應(yīng)給出 I/O 通道分配表，表中應(yīng)包含 I/O 編號、設(shè)備代號、名稱及功能等。 PLC 選擇包括對 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。 (1) 系統(tǒng) I/O 設(shè)備的選擇。系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系 。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場，認(rèn)真調(diào)查研究，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分 以下 5 步進(jìn)行。 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 (2) 工藝復(fù)雜程度 當(dāng)工藝要求較復(fù)雜時(shí) ,采用 PLC 控制具有更大的優(yōu)越性 . (3) 可靠性要求 目前 ,當(dāng) I/O 點(diǎn)數(shù)在 20 甚至更少時(shí)，就趨向于選擇 PLC 控制了。 (1) 控制規(guī)模 一個(gè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的 I/O 設(shè)備總數(shù)來衡量。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在 I/O 接口、通信能力等方面留有余地。力求控制系統(tǒng)簡單、實(shí)用、合理。確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機(jī)械設(shè)備的控制要求。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為 4 點(diǎn)。無論是用 PLC 組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)， PLC 控制部分的設(shè)計(jì)都可以參考圖 31 所示的步驟。本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度，介紹該項(xiàng)目的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、 PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及 PLC 控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)的整定。例如，您可以在生產(chǎn)某一輪班結(jié)束時(shí)打印輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù) [8]。例如：通過歸檔數(shù)據(jù)，您可 以查看過去一段時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行情況，過程變量等。 (3) 顯示報(bào)警 控制過程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，例如，當(dāng)爐子溫度超出溫度上下限時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。 (2) 系統(tǒng)操作簡單化 操作員可以通過監(jiān)控界面來控制過程。 人機(jī)界面產(chǎn)品的 特點(diǎn) (1) 系統(tǒng)運(yùn)行過程清晰化 控制過程可以動(dòng)態(tài)地顯示在 HMI 設(shè)備上。 HMI 軟件分為兩部分，即運(yùn)行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài) 王等 ）。 人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機(jī) 界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了 HMI 產(chǎn)品的性能高低，是 HMI 的核心單元。 人機(jī)界面（ HMI Human Machine Interface）以其 美觀易懂、操作 人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。 還可以 按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類 ， 根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型、大型和 超大 型 四類 : ? I／ O點(diǎn)數(shù)在 256 以下為小型 PLC； ? I／ O點(diǎn)數(shù)在 256～ 1024 為中型 PLC； ? I／ O點(diǎn)數(shù)大于 1024 為大型 PLC； ? I／ O點(diǎn)數(shù)在 4000 以上為超大型 PLC 可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學(xué)、功能強(qiáng)