西门子模块总代理商-广安

一 、PLC应用设计步骤

首先要让学生了解PLC的程序设计步骤可以遵循以下六步进行：

1、             确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。

2、             分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些外围设备是接收来自PLC信号的。并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。

3、             设计PLC程序画出梯形图。

4、             用计算机对PLC的梯形图进行编辑。

5、             对程序进行调试。

6、             保存已完成的程序。

显然，在建立一个PLC控制系统，必须首先把系统需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的关系。确定控制上的相互关系之后，就可以分配输入输出设备，之后就可以设计PLC程序画出梯形图。梯形图画好后，可以使用专用软件直接把梯形图输入计算机并下装到PLC进行模拟调试、修改直到符合要求。这便是程序设计的整个过程。

二　、程序设计案例

学生在了解了PLC的应用设计步骤后，我们就可以设计程序了。本文以松下电工FP1系列PLC为机型进行介绍，以液体自动混合箱为例，其他教育工作者可举一反三，触类旁通。

程序设计课题为液体自动混合箱，如图a所示，设计要求如下：

按下启动按钮SB1，电磁阀K1打开，液体A流入箱中,当液面到达L2处时，K1阀关闭，同时K2阀打开，液体B流入箱中,当液面到达L1处时，Y2阀关闭，停止供液,电炉H开始加热,当液体到达指定温度时，温度传感器T动作，电炉停止加热,搅拌机M开始搅拌液体,5分钟后停止搅拌,K3阀打开，将加热并混合好的液体放出,当液面底于L3时，再经过10秒，K3阀关闭，此时箱内液体已放空。此时，电磁阀K1打开，液体A流入箱中，开始下一周期循环。按下停止按钮SB2，系统停止操作（停在初始状态上）。　

如上所述要求，根据本人的教学经验，此程序简也要40多步，学生很难设计得出正确的程序。 但如果将以上程序化简为多个小程序，难度逐步增加，让学生一步一步地解决难题，则可达到很好的教学效果。

1、首先要学生设计一液体自动混合箱,如图b所示，其设计要求为：

（1）     按下启动按钮SB1，电磁阀K1打开，液体A流入箱中。

（2）     当液面到达L2处时，K1阀关闭，同时K2阀打开，液体B流入箱中。

对于 4 x 1 字节型数字量 16 通道或 32 通道模块，前连接器模块多可连接 4 根连接电缆。对于 1 x 4 字节型，只需使用一根预组装的连接电缆即可实现连接。它们都将连接到端子模块。

带有 2 A 端子模块的连接电缆在每种情况下都连接到 2 A 输出模块的前连接器模块。

对于模拟量 I/O 模块的前连接器模块，提供有带四根连接电缆（16 针）或一根连接电缆（50 针）的型号。

对于 16/32 数字量 I/O 模块，可以在端子模块或前连接器模块上馈入电压：

通过带插入式跳线的前连接器模块馈电：

60°C 时每双字节的大电流：4 A

40°C 时每双字节的大电流：6 A

通过不带插入式跳线的前连接器模块馈电：

60°C 时每字节的大电流：2 A

40°C 时每字节的大电流：3 A

如果需要满电流负载，则必须通过端子模块馈电。通过前连接器模块上不带插入式跳线的端子模块馈电：

60°C 时每字节的大电流：3 A

40°C 时每字节的大电流：4 A

为了连接到 SIMATIC S7-1500 和 ET 200MP I/O 模块（35 mm 型），前连接器模块插入 I/O 模块，而不是 SIMATIC S7-1500 前连接器。它配有用于连接连接电缆的插头和 4 个用于电压馈入的接口。对于 16 和 32 通道 I/O 模块 (24 V DC)，使用专用前连接器模块（数字量 4 x 1 字节型或 1 x 4 字节型）。对于数字量输出模块 (24 V DC/2 A)，使用专用前连接器模块（2 A 输出）。对于模拟量 I/O 模块，使用带有 1 或 4 根连接电缆端子的前连接器模块。

用于 SIMATIC S7-1500 和 ET 200MP 组件时

前连接器模块取代了 SIMATIC S7-1500 标准连接器：6ES7592-1AM00-0XB0 和 6ES7592-1BM00-0XB0

1、PID标准指令
      西门子S7-200 PLC具有标准的PID回路指令来实现各种温度控制（如图1所示）。PID回路（PID）指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID回路计算（如表1所示）。同时，逻辑堆栈（TOS）顶值必须是"打开"（使能位）状态，才能启用PID计算。

图1  PID回路指令

表1 PID回路指令操作数
      S7-200程序中可使用八条PID指令，如果两条或多条PID指令使用相同的回路号码（即使它们的表格地址不同），PID计算会互相干扰，结果难以预料。因此，必须在程序设计之初为每一个PID控制指定不同的回路号。
LOOP回路表存储用于控制和监控回路运算的参数，包括程序变量、设置点、输出、增益、采样时间、整数时间（重设）、导出时间（速率）等数值。PID指令框中输入的表格（TBL）起始地址为回路表分配80个字节
      2、PID控制
      在工程实际中，应用为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制或调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
      （1）比例（P）控制
      比例控制是一种简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
      （2）积分（I）控制
      在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。（http://www.diangon.com/版权所有）这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
      （3）微分（D）控制
      在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。