西門子PLCS7-300教學8-程序設(shè)計2省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎?wù)n件

第7章S7-300程序設(shè)計方法

（模擬量控制）1/657.1S7-300程序結(jié)構(gòu)7.2系統(tǒng)設(shè)計標準7.3系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容7.4程序設(shè)計方法與過程7.5開關(guān)量控制系統(tǒng)設(shè)計7.6關(guān)于模擬量I/O模塊7.7模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計7.8關(guān)于乒乓控制7.9關(guān)于PID控制2/65

7.6關(guān)于模擬量I/O模塊

生產(chǎn)過程物理量標準模擬信號傳感器變送器?壓力?溫度?流量?速度?pH值?粘性?等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模擬量輸出模塊MR模塊ADC結(jié)果存放器PIW...PIW...:::PIW...模擬量輸入模塊CPU::::::LPIW304TPQW320:模擬執(zhí)行器

物理量......................................量程卡3/651量程卡4/652S7-300模擬量模塊尋址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(發(fā)送)槽口號 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430機架1R0電源模塊IM(接收)

電源模塊CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638機架2IM(接收)

電源模塊機架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

電源模塊5/653模擬量模塊SM335(輸入)6/654模擬模塊SM335(輸出)7/655模擬輸入模塊SM3318/656模擬量表示方式和測量值分辨率20212223242526272829210211212213214VZ16進制.位值十進制0123456789101112131415位序號單位位分辨率+符號111***************15*=0

或

18000000001128********8402010840000000000000000000002164132116181412*********************************************************************910111213149/657在不一樣測量范圍下模擬量表示方式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限測量范圍±10V電壓比如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

:-7.5-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76單位3276732511:

276492764820736

:-20736-27648-27649:

-32512-32768測量范圍4..20mA電流比如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845單位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768測量范圍-200...+850oC溫度比如

Pt100單位3276710000:

85018500:

::--:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1測量范圍0...300Ohm電阻比如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允許負值單位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-486410/658模擬輸入量規(guī)范化(可隨模塊帶軟件塊FC105)500,00,002764811/659模擬量輸出規(guī)范化(可隨模塊帶軟件塊FC106)2764800,0100,012/6510模擬輸出量表示形式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限單位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

輸出范圍：電壓011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00輸出范圍：

電流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

0013/6511配置模擬量模塊SM33514/6512

配置模擬量模塊SM33115/6513結(jié)構(gòu)化極限監(jiān)視功效(可隨模塊帶軟件塊FB120)FB120ACTVHLLLHYSQHQLLIMIT模擬變量實際值HLLLHYSHYSQHQLt功效符號LO_LIMHI_LIM16/657.7模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計1.關(guān)于模擬量控制系統(tǒng)模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號為模擬量控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。閉環(huán)控制依據(jù)其設(shè)定值不一樣，又可分為調(diào)整系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)兩種。調(diào)整系統(tǒng)設(shè)定值是由控制系統(tǒng)控制器給出，控制器作用就是使反饋值向給定值靠近，以反饋值對設(shè)定值偏差最小為目標。隨動系統(tǒng)設(shè)定值是由被控制對象給出，控制器作用就是使控制目標不停地向被控對象靠近。各種跟蹤系統(tǒng)都是隨動系統(tǒng)。

模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該注意抗干擾問題。處理干擾方法有4個。其一是接地問題。這里包含PLC接地端接地，要真接地不要假接地。這里所說接地就是接大地。其二是模擬信號線屏蔽向題，屏蔽線始端和終端都要接地。信號線屏蔽是預(yù)防干擾主要方法。其三是對一些高頻信號要處理匹配問題。假如不匹配很輕易在信號傳送中引進干擾，使信息失真。其四是對信號進行濾波。17/652.模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計舉例

（1）攪拌控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計（S7-PRO111）?初始狀態(tài)及操作工藝

…?硬件設(shè)計

…?軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18/65?OB1塊19/65OB1續(xù)20/65OB1續(xù)21/65OB1續(xù)22/65?OB100塊23/65?系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF24/65（3）結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計（S7-PRO112）?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?OB1塊25/65?OB1續(xù)26/65?OB1續(xù)27/65?OB1續(xù)28/65?FB1?FC129/65?FC230/65?OB10031/65?DB1?DB232/65?系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF33/657.8關(guān)于乒乓控制1乒乓控制算法2乒乓控制算法實現(xiàn)（S7_PRO113）?FC1塊34/65FC1續(xù)35/65?DB1塊?OB1塊36/65?仿真檢測值小于低限，輸出為ON。檢測值大于低限，輸出為OFF。37/657.9關(guān)于PID控制1閉環(huán)PID控制

PID控制器管理輸出數(shù)值，方便將偏差(e)為零，使系統(tǒng)到達穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值（SP）和過程變量（PV）差。

38/652PID算法PID控制標準以以下公式為基礎(chǔ)，其中將輸出M(t)表示成百分比項、積分項和微分項函數(shù)：

其中

M(t)為PID運算輸出，是時間函數(shù)

Kp為

PID回路百分比系數(shù)

Ki為

PID回路積分系數(shù)

Kd為PID回路微分系數(shù)

e為PID回路偏差（給定值和過程變量之差）

Minital為PID回路輸出初始值39/65為了在數(shù)字計算機內(nèi)運行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)化成為偏差值間斷采樣。數(shù)字計算機使用以下對應(yīng)公式為基礎(chǔ)離散化PID運算模型。

其中:Mn

為采樣時刻nPID運算輸出值

Kp為

PID回路百分比系數(shù)

Ki為

PID回路積分系數(shù)

Kd為PID回路微分系數(shù)

en為采樣時刻nPID回路偏差

en-1為采樣時刻n-1PID回路偏差

el

為采樣時刻lPID回路偏差

Minital為PID回路輸出初始值40/65在此公式中，第一項叫做百分比項，第二項由兩項和組成，叫積分項，最終一項叫微分項。百分比項是當前采樣函數(shù)，積分項是從第一采樣至當前采樣函數(shù)，微分項是當前采樣及前一采樣函數(shù)。在數(shù)字計算機內(nèi)，這里既不可能也沒有必要存放全部偏差項采樣。因為從第一采樣開始，每次對偏差采樣時都必須計算其輸出數(shù)值，所以，只需要存放前一次偏差值及前一次積分項數(shù)值。利用計算機處理重復(fù)性，可對上述計算公式進行簡化。簡化后公式為：其中:Mn

為采樣時刻nPID運算輸出值

Kp為

PID回路百分比系數(shù)

Ki為

PID回路積分系數(shù)

Kd為PID回路微分系數(shù)

en為采樣時刻nPID回路偏差

en-1為采樣時刻n-1PID回路偏差

MX

為積分項前值41/65?計算回路輸出值CPU實際使用對上述簡化公式略微修改格式。修改后公式為：

其中:Mn

為采樣時刻n回路輸出計算值MPn為采樣時刻n回路輸出百分比項MIn為采樣時刻n回路輸出積分項MDn為采樣時刻n回路輸出微分項?百分比項百分比項MP是PID回路百分比系數(shù)(Kp)及偏差(e)乘積，為了方便計算取Kp=Kc。CPU采取計算百分比項公式為：

其中:MPn

為采樣時刻n輸出百分比項值Kc

為回路增益SPn

為采樣時刻n設(shè)定值PVn

為采樣時刻n過程變量值42/65?積分項積分項MI與偏差和成百分比。為了方便計算取。CPU采取積分項公式為：

其中:MIn為

采取時刻n輸出積分項值Kc為回路增益Ts

為采樣時間間隔Ti

為積分時間SPn

為采樣時刻n設(shè)定值PVn

為采樣時刻n過程變量值MX為采樣時刻n-1積分項(又稱為積分前項)積分項(MX)是積分項全部先前數(shù)值和。每次計算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn能夠被調(diào)整或被限定。MX初值通常在第一次計算出輸出之前被置為Minitai（初值）。其它幾個常量也是積分項一部分，如增益、采樣時刻(PID循環(huán)重新計算輸出數(shù)值循環(huán)時間)、以及積分時間(用于控制積分項對輸出計算影響時間)。

43/65?微分項微分項MD與偏差改變成百分比，方便計算取

。

計算微分項公式為：

為了防止步驟改變或因為對設(shè)定值求導而帶來輸出改變，對此公式進行修改，假定設(shè)定值為常量(SPn=SPn-1)，所以將計算過程變量改變，而不計算偏差改變，計算公式能夠改進為：

其中：

MDn為

采取時刻n輸出微分項值Kc為回路增益Ts

為采樣時間間隔Td

為微分時間SPn

為采樣時刻n設(shè)定值SPn-1

為采樣時刻n-1設(shè)定值PVn

為采樣時刻n過程變量值PVn-1

為采樣時刻n-1過程變量值44/65?回路控制選擇假如不需要積分運算(即在PID計算中不需要積分運算)，則應(yīng)將積分時間(Ti)指定為無限大，因為積分和MX初始值，即使沒有積分運算，積分項數(shù)值也可能不為零。這時積分系數(shù)Ki=0.0假如不需要求導運算(即在PID計算中不需要微分運算)，則應(yīng)將求導時間(Td)指定為零。這時微分系數(shù)Kd=0.0假如不需要百分比運算(即在PID計算中不需要百分比運算)，而需要積分(I)或積分微分(ID)控制，則應(yīng)將回路增益數(shù)值(Kc)指定為0.0，這時百分比系數(shù)Kp=0.0。因為回路增益(Kc)是計算積分及微分項公式內(nèi)系數(shù)，將回路增益設(shè)定為0.0，將影響積分及微分項計算。因而，當回路增益取為0.0時，在PID算法中，系統(tǒng)自動地把在積分和微分運算中回路增益取為1.0，此時

45/653PID算法實現(xiàn)?運算框圖46/65?PID控制軟件（S7_Pro4）OB147/65OB3548/65FB149/65FB1續(xù)50/65FB1續(xù)51/65FB1續(xù)52/65DB253/65仿真：觀察過程量PIW256改變，PID輸出控制PQW350改變54/654PID控制模塊（1）PID模塊工作原理55/65（2）PID模塊?FM355：4路閉環(huán)控制模塊內(nèi)含：4AI+8DI+4DI56/65FM355（續(xù)）：輸入地址PIW256-257輸出地址PQW256-25757/65FM355（續(xù)）：基本參數(shù)有沒有中止中止類型工作方式58/65（3）PID參數(shù)?百分比項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功效

P_SELBOOLTRUE百分比項使能控制GAINREAL2.0放大倍數(shù)?積分項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功效

I_SELBOOLTRUE積分項使能控制TITIMET#20S積分時間INT_HOLDBOOLFALSE積分輸出保持控制I_ITL_ONBOOL-積分輸出再輸入允許I_ITLVALREAL0.0積分初值?微分項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功效

D_SELBOOLTRUE微分項使能控制TDTIMET#10S微分時間TM_LAGTIMET#2S微分滯后時間?過程參數(shù)………59/65（4）模板初始化功效（SFC塊）?SFC50：名稱功效

WR_PARM

將動態(tài)參數(shù)寫入模板?SFC56：名稱功效

WR_DPARM將預(yù)定參數(shù)寫入模板?SFC57：名稱功效

PARM_MOD賦模板參數(shù)?SFC58名稱功效

WR_REC寫模板專用數(shù)據(jù)統(tǒng)計?SFC59名稱功效

RD_REC讀模板專用數(shù)據(jù)統(tǒng)計（5）模板初始化功效調(diào)用例：調(diào)用SFC50CALL"RD_LGADR“…‘SFC50形參60/65（6）利用PID模塊設(shè)計過程61/655閉環(huán)控制系統(tǒng)功效塊?系統(tǒng)功效塊SFB41 用于連續(xù)控制SFB42 用于步進控制SFB43 用于脈沖寬度控制?SFB41~SFB43調(diào)用 指令樹?LIBRARY?STANDARDLIBRARY? SYSTEMFUNCTIONBLOCKS?6閉環(huán)控制軟件包?功效塊 FB41 ?FB42?FB43與SF41?SF42?SF43兼容，用于PID控制。?FB41~FB43調(diào)用

…?STANDARDLIBRARY?PIDCONTROLBLOCKS?62/65?SFB41(連續(xù)控制）輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值CON_RETBOOL0.0完全重新開啟，為1小時執(zhí)行初始化FALSECYCLETIME2采樣時間，20MST#1SSP_INTREAL6內(nèi)部設(shè)定值，100或物理值0.0PV_INREAL10過