【正文】 了電磁干擾。 （2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。交流輸出時(shí)，通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。 固態(tài)繼電器的輸入端、輸出端之間采用光電隔離技術(shù)，使得弱電和強(qiáng)電隔離，因此從計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備輸出的信號(hào)可以直接加在固態(tài)繼電器的控制端上，無(wú)需另外的保護(hù)電路。當(dāng)輸入端有控制信號(hào)，輸出端從關(guān)斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)；控制信號(hào)撤消后，輸出端變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的用途。它是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，如圖33所示。 概述 固態(tài)繼電器（Solid State Relay，簡(jiǎn)稱SSR）與機(jī)電繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。此外還有PtPt200、Pt500和Pt1000等鉑熱電阻，Cu50、Cu100的銅熱電阻等。鉑電阻的工作原理是，在溫度作用下，鉑熱電阻絲的電阻值隨溫度變化而變化，且電阻與溫度的關(guān)系即分度特性符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鉻、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。若做成一體化溫度變送器，可輸出420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或010V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，使用起來(lái)更為方便。鉑熱電阻根據(jù)使用場(chǎng)合的不同與使用溫度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離儀表時(shí)，還需要使用熱電勢(shì)率和熱電偶相近的導(dǎo)線來(lái)傳輸信號(hào)，這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。使用熱電偶的時(shí)候，必須消除環(huán)境溫度的波動(dòng)對(duì)測(cè)量帶來(lái)的影響。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程，如燃燒和爆炸過(guò)程等。熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。鎧裝式熱電偶比裝配式熱電偶具有外徑小、可任意彎曲、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)，適宜安裝在裝配式熱電偶無(wú)法安裝的場(chǎng)合，它的外保護(hù)管采用不同材料的不銹鋼管，可適合不同使用溫度的需要，內(nèi)部充滿高密度氧化絕緣體物質(zhì)，非常適合于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，熱電偶有鎧裝式熱電偶、裝配式熱電偶、隔爆式熱電偶等種類。熱電偶的工作原理是,兩種不同成份的導(dǎo)體,兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測(cè)量端叫工作端（熱端），接線端子端叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路里產(chǎn)生熱電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)；接上顯示儀表，儀表上就會(huì)指示所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)溫度值，電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而增長(zhǎng)。若配接輸出420mA、010V等標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)的溫度變送器，使用更加方便、可靠。這里我們主要介紹熱電阻和熱電偶。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。真正把溫度變成電信號(hào)的傳感器是1821年由德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來(lái)的熱電偶傳感器。根據(jù)美國(guó)儀器學(xué)會(huì)的調(diào)查，1990年，溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。模塊與背板總線有光隔離，使用屏蔽電纜時(shí)最大距離為200m。模擬量輸出模塊的技術(shù)參數(shù)：SM332的4種模擬量輸出參數(shù)均有診斷功能，用紅色LED指示故障，可以讀取診斷信息。SM331也可以直接連接不帶附加放大器的溫度傳感器（熱電偶或熱電阻），這樣可以省去溫度變送器，不但節(jié)約了硬件成本，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也更加緊湊。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的直流電流或直流電壓信號(hào)，例如DC0~10V和4~20mA。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量、液位、物體的成分（例如氣體中的含氧量）和頻率等。輸入電路和輸出電路通過(guò)光耦合器與背板總線相連，輸出電路為晶體管型，有電子保護(hù)功能。另外一種有16點(diǎn)輸入（8點(diǎn)一組）和16點(diǎn)輸出（8點(diǎn)一組）。SM323是S7300的數(shù)字量輸入/輸出模塊，它由兩種型號(hào)可供選擇。輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的大功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管、驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載的雙向晶閘管或固態(tài)繼電器，以及既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的小型繼電器。輸入電路中一般設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號(hào)，輸入電流一般為數(shù)毫安。數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機(jī)械觸點(diǎn)和電子數(shù)字式傳感器，例如二線式光電開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等。S7300有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)抗沖擊能力，有350多條指令，其編程軟件STEP7功能強(qiáng)大，可以使用多種編程語(yǔ)言。 S7300簡(jiǎn)介 S7300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。，包括執(zhí)行OB1中的程序段和中斷該循環(huán)的系統(tǒng)操作的時(shí)間，也稱掃描循環(huán)時(shí)間或掃描周期。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了改變，輸入過(guò)程映像位的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。外部輸入電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入過(guò)程映像位為1狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入位的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。若梯形圖中的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像位為0狀態(tài)，在寫輸出模塊階段之后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像位為1狀態(tài)。在循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU并不直接訪問(wèn)I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問(wèn)CPU內(nèi)部的過(guò)程映像區(qū)。在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過(guò)程映像區(qū)和輸出過(guò)程映像區(qū)。如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前正在執(zhí)行的塊被暫停執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組織塊。 圖32掃描過(guò)程在啟動(dòng)完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1，在OB1中可以調(diào)用其他邏輯塊（FB、SFB、FC、SFC）。圖32是掃描過(guò)程。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊”O(jiān)B100，完成用戶指定的初始化操作。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊，相當(dāng)于用戶程序中的主程序，它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。STEP7將用戶程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當(dāng)于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能SFC和系統(tǒng)功能塊SFB是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。操作系統(tǒng)用來(lái)處理PLC的起動(dòng)、刷新輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯(cuò)誤、管理存儲(chǔ)區(qū)和通信等任務(wù)。體積小，能耗低：對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，由于減少了大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，開(kāi)關(guān)柜的體積比繼電器控制系統(tǒng)小的多。維修工作量小，維修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。這種設(shè)計(jì)方法很有規(guī)律，容易掌握。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少：PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。S7300有極強(qiáng)的故障診斷能力。硬件配置確定后，通過(guò)修改用戶程序，就可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)：PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。 PLC的特點(diǎn)編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)：梯形圖是使用的最多的PLC編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易用，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。編程設(shè)備：S7300使用安裝了編程軟件STEP7的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，在計(jì)算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言之間的相互轉(zhuǎn)換。通信處理器：通信處理器用于PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUSDP、ASi和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。接口模塊：CPU模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。功能模塊：為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開(kāi)發(fā)了各種各樣的功能模塊。開(kāi)關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。信號(hào)模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。圖31是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。S7300模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。這里我們主要介紹的是西門子S7300，S7300屬于模塊式PLC。 PLC的基本概念可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。上位機(jī)是編寫PLC程序以及監(jiān)控溫度的變化。表22 變量表序號(hào)采樣信號(hào)名稱性質(zhì)（開(kāi)關(guān)、模擬）傳感器占用硬件資源說(shuō)明1AI0模擬量熱電偶I288從外界讀入的溫度信號(hào)2DI0開(kāi)關(guān)量啟動(dòng)信號(hào)3DI1開(kāi)關(guān)量停止信號(hào)4DI2開(kāi)關(guān)量溫度繼電器高溫信號(hào)5DI3開(kāi)關(guān)量溫度繼電器低溫信號(hào)6DI5開(kāi)關(guān)量缺相報(bào)警輸入7DI6開(kāi)關(guān)量過(guò)載保護(hù)信號(hào)8DO0開(kāi)關(guān)量A相固態(tài)繼電器控制信號(hào)9DO1開(kāi)關(guān)量B相固態(tài)繼電器控制信號(hào)10DO2開(kāi)關(guān)量C相固態(tài)繼電器控制信號(hào)11DO3開(kāi)關(guān)量缺相報(bào)警12DO4開(kāi)關(guān)量高溫指示燈13DO5開(kāi)關(guān)量低溫指示燈14DO6開(kāi)關(guān)量KA線圈本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示。三個(gè)數(shù)字量控制固態(tài)繼電器。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí)，由于有多個(gè)整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，因此增加了得到最佳整定參數(shù)的難度。經(jīng)驗(yàn)法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的行之有效的方法，并在現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。和前述步驟相同，微分系數(shù)的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過(guò)程滿意為止。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)P和積分系數(shù)I為止。（3）積分系數(shù)I保持不變，改變比例系數(shù)P，觀察控制過(guò)程有無(wú)改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。下面具體說(shuō)明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟：（1）讓調(diào)節(jié)器參數(shù)的積分系數(shù)I=0，微分系數(shù)D=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù)P，讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，觀察控制過(guò)程，直到獲得滿意的控制過(guò)程為止。大慣量如大烘房的溫度控制，一般P可在10以上，I=310，D=1左右。不用通過(guò)編程就可以生成控制器的大部分功能（構(gòu)造、參數(shù)設(shè)置和在程序中的調(diào)用等），前提是必須已經(jīng)掌握STEP 7的編程基礎(chǔ)知識(shí)?？刂破鬟x取時(shí)應(yīng)注意：控制環(huán)的特性由被控過(guò)程或被控機(jī)械的物理特性決定，并且設(shè)計(jì)中可以改變的程度不是很大。過(guò)程分析時(shí)應(yīng)注意：控制過(guò)程的靜態(tài)性能（比例）和動(dòng)態(tài)性能（時(shí)間延遲、死區(qū)和重設(shè)時(shí)間等）對(duì)被控過(guò)程控制器的構(gòu)造和設(shè)計(jì)以及靜態(tài)（比例）和動(dòng)態(tài)參量（積分和微分）的維數(shù)選取有著很大的影響。控制環(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。 PID指令的使用注意事項(xiàng) PID控制器的選取PID控制器的性能和處理速度只與所采用的CPU的性能有關(guān)。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場(chǎng)合取得了很好的效果。 （4）PID控制根據(jù)不同的要求，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過(guò)程控制對(duì)象。此三種作用配合得當(dāng)，可使動(dòng)態(tài)過(guò)程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。在過(guò)程開(kāi)始時(shí)強(qiáng)迫過(guò)程進(jìn)行，過(guò)程結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。其中，比例（P）代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過(guò)程反應(yīng)迅速。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后的調(diào)整與完