【正文】 適配器型號(hào)：AFP8550。計(jì)算機(jī)與FPΣ、FP0、FPM、FPC、FPFP2SH相連接時(shí)連接方法：計(jì)算機(jī) = RS232C電纜 = PLC；RS232C電纜型號(hào) ：3m AFP8513。計(jì)算機(jī)與FP10SH相連接時(shí)連接方法：計(jì)算機(jī) = RS232C電纜 = PLC；RS232C電纜型號(hào)：3m 9P9P AFC85853，25P9P AFP85813。請(qǐng)利用[工具]菜單中的[通信設(shè)置]將通信條件與PLC相一致。注：RS232C電纜請(qǐng)使用市場銷售的直接型電纜。 PID控制器的選取及整定 PID控制器的組成PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (1) 比例系數(shù)Ｋc對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Ｋc偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。Ｋc太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。Ｋc太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。Ｋc可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果Ｋc的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(Pv值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(Sv值)越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋc的符號(hào)就一定要取反。(2) 積分控制Ｔi對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔi?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。(3) 微分控制Ｔd對(duì)系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔd偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Ｔd偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長。只有Ｔd合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 主、副回路控制規(guī)律的選擇采用串級(jí)控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的重要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍較小，一般要求無余差，因此，主調(diào)節(jié)器一般選PI或PID控制，副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中，我們將反應(yīng)釜液位作為主參數(shù)，主回路流量為副參數(shù)。主控制采用PID控制，副控制器采用P控制。 調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定副調(diào)節(jié)器作用方式的確定： 首先確定調(diào)節(jié)閥，出于實(shí)驗(yàn)裝置的易操作方面考慮采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，這樣保證調(diào)節(jié)的精度，調(diào)節(jié)閥的 Kv 0 。然后確定副被控過程的K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，主回路流量增大，反應(yīng)釜的液位上升，所以 K02 0 。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器 K 20 ，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。主調(diào)節(jié)器作用方式的確定：　主被控過程 K01 0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) K1 0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。 采樣周期的分析采樣周期Ts越小，采樣值就越能反應(yīng)液位的變化情況。但是，Ts太小就會(huì)增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰的兩次采樣值幾乎沒什么變化，將是PID控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時(shí)間太小。，確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是液位控制系統(tǒng)，液位的慣性比較小，所以采樣時(shí)間不能太長，本系統(tǒng)采樣1s. 參數(shù)整定 經(jīng)過上述的分析，該液位控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。 理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。這類方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒?yàn)測定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過程的動(dòng)態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于工程整定法，工程人員無需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用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、自整定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制器的參數(shù)值。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) 若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。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(shí)間置一個(gè)較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)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)若經(jīng)過步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。 PLC程序設(shè)計(jì) PLC程序設(shè)計(jì)方法PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。 1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對(duì)象的具體要求，進(jìn)行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，所以稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法用于較簡單的梯形圖設(shè)計(jì)。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法必須熟記一些典型的控制電路，如起保停電路、脈沖發(fā)生電路等，這些電路在前面的章節(jié)中已經(jīng)介紹過。2. 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法繼電器接觸器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用，已有一套能完成系統(tǒng)要求的控制功能并經(jīng)過驗(yàn)證的控制電路圖，而PLC控制的梯形圖和繼電器接觸器控制電路圖很相似，因此可以直接將經(jīng)過驗(yàn)證的繼電器接觸器控制電路圖轉(zhuǎn)換成梯形圖。主要步驟如下：（1）熟悉現(xiàn)有的繼電器控制線路。（2）對(duì)照PLC的I/O端子接線圖，將繼電器電路圖上的被控器件（如接觸器線圈、指示燈、電磁閥等）換成接線圖上對(duì)應(yīng)的輸出點(diǎn)的編號(hào)，將電路圖上的輸入裝置（如傳感器、按鈕開關(guān)、行程開關(guān)等）觸點(diǎn)都換成對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的編號(hào)。（3）將繼電器電路圖中的中間繼電器、定時(shí)器，用PLC的輔助繼電器、定時(shí)器來代替。（4）畫出全部梯形圖，并予以簡化和修改。3. 邏輯設(shè)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)法是以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)過程中各工步之間的各個(gè)檢測元件（如行程開關(guān)、傳感器等）狀態(tài)的變化，列出檢測元件的狀態(tài)表，確定所需的中間記憶元件，再列出各執(zhí)行元件的工序表，然后寫出檢測元件、中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯表達(dá)式，再轉(zhuǎn)換成梯形圖。該方法在單一的條件控制系統(tǒng)中，非常好用，相當(dāng)于組合邏輯電路，但和時(shí)間有關(guān)的控制系統(tǒng)中，就很復(fù)雜。4. 順序控制設(shè)計(jì)法根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。首先將被控制對(duì)象的工作過程按輸出狀態(tài)的變化分為若干步，并指出工步之間的轉(zhuǎn)換條件和每個(gè)工步的控制對(duì)象。這種工藝流程圖集中了工作的全部信息。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以用中間繼電器M來記憶工步，一步一步地順序進(jìn)行，也可以用順序控制指令來實(shí)現(xiàn)。下面將詳細(xì)介紹功能流程圖的種類及編程方法。 編程軟件STEP7 STEP7 編程軟件是一個(gè)用于SIMATIC可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具，如：SIMATIC管理器、符號(hào)編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。STEP7 編程軟件可以對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì)PLC 在線上載或下載。利用STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。項(xiàng)目可用來存儲(chǔ)為自動(dòng)化任務(wù)解決方案而生成的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個(gè)項(xiàng)目下。 在生成一個(gè)項(xiàng)目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。在組態(tài)硬件時(shí)，可以借助于模板樣本對(duì)可編程控制器中的CPU 及各模板進(jìn)行定義，通過雙擊站來啟動(dòng)硬件組態(tài)的應(yīng)用程序。一旦存儲(chǔ)并退出硬件組態(tài)，對(duì)于在組態(tài)中生成的每一個(gè)可編程模板，都會(huì)自動(dòng)生成S7/M7 程序及空的連接表。連接表可用來定義網(wǎng)絡(luò)中可編程模板之間的通訊連接。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。為可編程模板編制的軟件存儲(chǔ)在對(duì)象文件夾中。對(duì)該對(duì)象文件夾稱作“S7Program”。在子菜單中，可以選擇想要生成的塊的類型(如：數(shù)據(jù)塊，用戶定義的數(shù)據(jù)類型，功能，功能塊，組織塊或變量表)。打開一個(gè)空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序。 在完成組態(tài)，參數(shù)賦值，程序創(chuàng)建和建立在線連接后，可以下載整個(gè)用戶程序或個(gè)別塊到一個(gè)可編程序控制器。在下載完整的或部分用戶程序到CPU 之前，把工作方式從RUN 模式置到STOP 模式?？梢酝ㄟ^在線連接下載各個(gè)塊或整個(gè)用戶程序到RAM。當(dāng)電源關(guān)斷后和CPU 復(fù)位時(shí)，保存在他們上面的數(shù)據(jù)將被保留。另外，可以從可編程控制器中上載一個(gè)工作站，或從一個(gè)S7 CPU 中上載塊到PG/PC。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號(hào)或注釋時(shí)，就可以在PG/PC 中編輯它。 用于S7300 的編程語言[19]有：梯形圖(LAD)，語句表(STL)和功能塊(FBD)。LAD 是STEP7 編程語言的圖形表達(dá)方式。它的指令語法與一個(gè)繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號(hào)通過各個(gè)觸點(diǎn)復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電信號(hào)在電源示意線之間的流動(dòng)。STL 是STEP7 編程語言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼相似，CPU 執(zhí)行程序時(shí)按每一條指令一步一步地執(zhí)行。FBD 是STEP7 編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。 STEP7 編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個(gè)的自成體系的程序部分。從而使大規(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)化。程序組織簡化，修改更容易。系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多。在S7 用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊： 組織塊(OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動(dòng)。它們還處理對(duì)錯(cuò)誤的響應(yīng)。組織塊決定各個(gè)程序部分執(zhí)行的順序。用于循環(huán)程序處理的組織塊OB1 的優(yōu)先級(jí)最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用OB1 并用這個(gè)調(diào)用啟動(dòng)用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。 臨時(shí)局域數(shù)據(jù)（Local）生成邏輯塊（OB，F(xiàn)C，F(xiàn)B）時(shí)可以聲明臨時(shí)局域數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是臨時(shí)的，退出邏輯塊是不保存局域數(shù)據(jù)，局域數(shù)據(jù)只能在聲稱他們的邏輯塊使用。 功能(FC)屬于用戶自己編程的塊。功能是“無存儲(chǔ)區(qū)”的邏輯塊。FC 的臨時(shí)變量存儲(chǔ)在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當(dāng)FC 執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。功能塊(FB)屬于用戶自己編程的塊。功能塊是具有“存儲(chǔ)功能”的塊。用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲(chǔ)器(背景數(shù)據(jù)塊)。傳遞給FB 的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中。背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)在每次功能塊調(diào)用時(shí)都要分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。數(shù)據(jù)塊（DB和DI）是用于存放執(zhí)行用戶程序所需數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)塊分為共享數(shù)據(jù)塊（DB）和背景數(shù)據(jù)塊（DI）。應(yīng)首先生成功能塊，然后生成它的背景數(shù)據(jù)塊。生成背景數(shù)據(jù)塊是指明它的類型為背景數(shù)據(jù)塊和它的功能塊的編號(hào)。系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是STEP7為用戶提供的己編程好的程序的塊，經(jīng)過測試集成在CPU 中的功能程序庫。SFB 作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲(chǔ)能力的塊，它需要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到CPU 中。 液位控制程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)思路PLC運(yùn)行時(shí)，通過特殊繼電器產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將液位設(shè)定值，PID參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開始液位采樣，采樣周期是1秒，TT1(主通道上的電磁流量計(jì))將采集到的主通道流量信號(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)，作為副回路的定值。TT2(反應(yīng)釜內(nèi)部液位傳感器)將采集到的反應(yīng)釜液位信號(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，從而電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電壓，完成對(duì)液位的控制。 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程，程序被分成不同的邏輯塊，這些塊包含完成控制任務(wù)的邏輯指令。（1）創(chuàng)建項(xiàng)目首先雙擊桌面上的STEP7的圖標(biāo)，打開SIMATIC管理器，在“File”菜單下單擊“New Project Wizard”： 選擇CPU型號(hào)，選擇CPU3152DP，選擇OB1，選擇語言為FBD 。，： CPU選型窗口 塊選擇窗口 創(chuàng)建項(xiàng)目完成。項(xiàng)目名為qian。： （2）硬件組態(tài) 在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期，首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的輸入信號(hào)的性質(zhì)和點(diǎn)數(shù)，以及對(duì)控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)的硬件配置。在圖項(xiàng)目窗口中，選中左邊窗口中的“SIMATIC300 Station”，右邊窗口出現(xiàn)Hardware和CPU的圖標(biāo)，雙擊“Hardware”進(jìn)入硬件組態(tài)界面，： 插入電源PS 307 2A，輸入模塊AI8x12Bit,輸出模塊DO8x12Bit,： 系統(tǒng)硬件圖（3）編輯符號(hào)表 在程序中可以用絕對(duì)地址訪問變量，但是使用符號(hào)地址可以使程序更容易閱讀理解。共享符號(hào)在符號(hào)表中定義，可供程序中所有的塊使用。在qian項(xiàng)目窗口中， 點(diǎn)擊“S7 Program”進(jìn)入符號(hào)表窗口。： 系統(tǒng)符號(hào)表