1、S7-300PLC實驗報告 一 PLC技術(shù)的概念及發(fā)展過程1.1 PLC技術(shù)的概念 PLC即可編程控制器，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2 PLC技術(shù)的發(fā)展歷史長期以來，計算機控制和傳統(tǒng)PLC控制一直是工業(yè)控制領(lǐng)域的兩種主要控制方法，PLC自1969年問世以來，以其功能強、可靠性高、使用方便、體積小等優(yōu)點在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到迅速推廣，成為工業(yè)自動化

2、領(lǐng)域中極具競爭力的控制工具。但傳統(tǒng)的PLC體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各個PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統(tǒng)各異，用戶選擇了一種PLC產(chǎn)品后，必須選擇與其相應(yīng)的控制規(guī)程，不利于終端用戶功能的擴展。近年來，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，控制結(jié)構(gòu)更趨于分散化和復(fù)雜化，需要更多的用戶接口。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。1.3 PLC的發(fā)展趨勢 （1）、功能向增強化和專業(yè)化的方向發(fā)展，針對不同行業(yè)的應(yīng)用特點，開發(fā)出專業(yè)化的PLC產(chǎn)品。以此提高產(chǎn)品的性能和降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的易用

3、性和專業(yè)化水平。 （2）、規(guī)模向小型化和大型化的方向發(fā)展，小型化是提高系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來越強；大型化是應(yīng)用在工業(yè)過程控制領(lǐng)域較大應(yīng)用市場，應(yīng)用的規(guī)模從幾十點到上千點，應(yīng)用功能從單一的邏輯運算擴展幾乎能滿足所有的用戶要求。二 西門子S7-300 PLC 1 S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。S7編程軟件組態(tài)主架導(dǎo)軌

4、硬件時，電源，CPU和IM分別放在導(dǎo)軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導(dǎo)軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數(shù)字量輸入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等。2 S7-300 CPU模塊CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心，負責(zé)系統(tǒng)的中央控制責(zé)任，存儲并執(zhí)行程序，實現(xiàn)通信功能，為U形總線提高5V電源。CPU有4種操作模式：STOP（停機），STARTUP（啟動），RUN（運行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。S7-300的CP

5、U模塊大致可以分為以下幾類：1、6種緊湊型CPU，帶有集成的功能和I/O：CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。2、革新的標準型CPU：CPU 312、314和315-2DP。3、5種標準的CPU：CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。4、戶外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314戶外型和315-2DP。5、大容量高端型CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。6、主從接口安全型CPU：CPU 315F-2DP3。3 S7-300的模擬量輸入模塊在生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需

6、要用PLC來測量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強電量，例如發(fā)電機組的電流、電壓、有功功率和無功功率等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換成標準的量程的直流電流和直流電壓信號，例如DC15V和DC420mA。模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號一般都是模擬量變送器輸出的標準量程的直流電壓，直流電流信號。模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進制補碼來表示最高位為符號位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分數(shù)表示的模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系為：雙極性模擬量量程

7、的上下限(100%和-100%)分別對應(yīng)模擬值27648和-27648。單極性模擬量量程的上下限(100%和0%)分別對應(yīng)于模擬值27648和03。4 程序設(shè)計功能模塊本程序的設(shè)計主要是針對水箱液位的在線控制而設(shè)計的，利用PID控制方式，使下水箱液位達到控制要求。本人設(shè)計了兩套系統(tǒng)，一個是單閉環(huán)的一個是三閉環(huán)的，對其控制效果進行比較，得出兩系統(tǒng)優(yōu)缺點。在本程序中，使用的主要模塊有：OB35，DB41，DB42, DB43，DB44，DB1，OB1和FB41。4.1 OB35模塊S7 CPU提供循環(huán)中斷OB，可用于按一定間隔中斷循環(huán)程序的執(zhí)行，循環(huán)中斷按間隔觸發(fā)，間隔的時間是從STOP狀態(tài)到RU

8、N時開始計算。時間間隔不能小于5ms，如果時間間隔過短，還沒有執(zhí)行完循環(huán)中斷程序又開始調(diào)用它，將會產(chǎn)生時間錯誤事件。在本程序中，其默認的時間間隔為100ms，程序運行后每隔100ms將自動調(diào)用一次OB35，周期性地執(zhí)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID運算程序。4.2 FB41模塊 FB41稱為連續(xù)控制的PID用于控制連續(xù)變化的模擬量，其功能是S7-300提供的標準的已經(jīng)為用戶編制好程序模塊，用戶可以直接調(diào)用它們，以便高效地編制自己的程序，但不能修改這些功能塊。系統(tǒng)功能塊有存儲功能，其變量保存在指定給它的背景數(shù)據(jù)塊中。FB41的框圖如圖2.1所示。 圖2.1 FB41的框圖（1） 對設(shè)定值、過程變量和誤差的

9、處理設(shè)定值的輸入：浮點數(shù)格式的設(shè)定值用變量SP_INT（內(nèi)部設(shè)定值）輸入。過程變量的輸入：可以用兩種方式輸入過程變量（即反饋值）：1、用PV_IN（過程輸入變量）輸入浮點格式的過程變量，此時開關(guān)量PVPER_ON（外圍設(shè)備過程變量ON）應(yīng)為0狀態(tài)。2、用PV_PER（外圍設(shè)備過程變量）輸入外圍設(shè)備（I/O）格式的過程變量，即用模擬量輸入輸出的數(shù)字值作為PID調(diào)節(jié)的過程變量，此時開關(guān)量PVPER_ON應(yīng)為1狀態(tài)。外圍設(shè)備過程變量轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)：外圍設(shè)備（即模擬量輸入模塊）正常范圍的最大輸出值（100.0%）為27648（6C00H），功能CRP_IN將外圍設(shè)備輸入值轉(zhuǎn)換為-100.0%至100.0

10、%之間的浮點數(shù)格式的數(shù)值，CPR_IN的輸出（以%為單位）用下式計算： （2.1）外圍設(shè)備過程變量的標準化：PV_NORM功能用下面的公式將CPR_IN的輸出PV_R格式化： （2.2）式中：PV_FAC 過程變量的系數(shù)，默認值為1.0；PV_OFF 過程變量的偏移量，默認值為0.0。PV_FAC和PV_OFF用來調(diào)節(jié)過程輸入的范圍。如果設(shè)定值有物理意義，實際值（即反饋量）也可以轉(zhuǎn)換為該物理值。（2） 手動模式參數(shù)MAN_ON（手動值ON）為1時為手動模式，為0時為自動模式。在手動模式中，控制變量（Manipulated Variable，即控制器的輸出值）被手動選擇的值MAN（手動值）代替。

11、在手動模式時如果令微分分項為0，將積分部分（INT）設(shè)置為LMN-LMN_P-DISV，可以保證手動到自動的無憂切換，即切換時控制器的輸出值不會突變，DISV為擾動輸入變量。（3） 輸出限幅LMNLIMIT（輸出量限幅）功能用于將控制器輸出值（Manipulated Value）限幅。LMNLIMIT功能的輸入量超出控制器輸出值的上極限LMN_HLM時，信號位QLMN_HLM（輸出超出上限）變?yōu)?狀態(tài)；小于下極限值LMN_LLM時，信號位QLMN_LLM（輸出超出下限）變?yōu)?狀態(tài)。（4） 輸出量的格式化處理LMN_NORM（輸出量格式化）功能用下述公式來講功能LMNLIMIT的輸出量LMN_L

12、IM格式化： LMN=LMN_LIM×LMN_FAC+LMN_OFF （2.3）式中：LMN 格式化后浮點數(shù)格式的控制器輸出值；LMN_FAC 輸出量的系數(shù)，默認值為1.0；LMN_OFF 輸出量的偏移量，默認值為0.0；LMN_FAC和LMN_OFF用來調(diào)節(jié)控制器輸出量的范圍。（5） 輸出量轉(zhuǎn)換為外圍設(shè)備（I/O）格式控制器輸出值如果要送給模擬量輸出模塊中的D/A轉(zhuǎn)換器，需要用“CPR_OUT”功能轉(zhuǎn)換為外圍設(shè)備（I/O）格式的變量LMN_PER。轉(zhuǎn)換公式為：LMN_PER=LMN×27648/100 （2.4）用參數(shù)賦值工具可以進行參數(shù)檢查，給出錯誤信息。FB41的輸入

13、參數(shù)見表2.1。表2.1 FB41的輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值COM_RSTCYCLESP_INTPV_INPVPER_ONPV_PERPV_FACPV_OFFDEADB_WGAINTITDTM_LAGP_SELI_SELD_SELI_ITLVALI_ITL_ONBOOLTIMEREALREALBOOLWORDREALREALREALREALTIMETIMETIMEBOOLBOOLBOOLREALBOOL0.026100.214485236202428320.30.40.7640.6完全重新起動，為1時執(zhí)行初始化程序采樣時間，兩次塊調(diào)用之間的時間，取值范圍>=20ms內(nèi)部設(shè)定

14、值輸入，取值范圍為±100.0%或物理值浮點數(shù)格式的過程變量輸入使用外圍設(shè)備輸入的過程變量外圍設(shè)備輸入的I/O格式的過程變量值輸入的過程變量的系數(shù)輸入的過程變量的偏移量死區(qū)寬度，誤差變量死區(qū)帶的大小，>= 0.0或物理值比例增益輸入，用于設(shè)置控制器的增益 積分時間輸入，積分器的響應(yīng)時間，取值范圍應(yīng)>= CYCLE微分時間輸入，微分器的響應(yīng)時間微分操作的延遲時間輸入為1時打開比例（P）操作為1時打開積分（I）操作為1時打開微分（D）操作積分操作的初始值積分作用初始化，為1時將輸入I_ITLVAL作為積分器的初值FALSET#1s 0.00.0FALSE16#00001.00

15、.00.02.0T#20sT#10sT#2sTURETUREFALSE0.0FALSE表2.2 FB41的輸入?yún)?shù)（續(xù)2.1）參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值INT_HOLDDISVMAN_ONMANLMN_HLMLMN_LLMLMN_FACLMN_OFFBOOLREALBOOLREALREALREALREALREAL0.5680.11640445660為1時積分操作保持，為1時積分輸出被凍結(jié)擾動輸入變量為1時控制循環(huán)將被中斷，手動值被設(shè)置為操作值操作員接口輸入的手動值，取值范圍或物理量控制器輸出上限值，取值范圍LMN_LLM100.0%或物理值控制器輸出下限值，取值范圍-100.0% LMN_

16、HLM或物理值控制器輸出量的系數(shù)控制器輸出量的偏移量FALSE0.0TURE0.0100.00.01.00.0FB41的輸出參數(shù)見表2.3。表2.3 FB41的輸出參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值PVERLMN_PLMN_ILMN_DQLMN_HLMQLMN_LLMLMNLMN_PERREALREALREALREALREALBOOLBOOLREALWORD929680848878.078.17276格式化的過程變量輸出死區(qū)處理后的誤差輸出控制器輸出值中的比例分量控制器輸出值中的積分分量控制器輸出值中的微分分量控制器輸出超過上限控制器輸出小于下限浮點數(shù)格式的控制器輸出值I/O格式的控制器輸出值

17、0.00.00.0 0.0 0.0 FALSE FALSE0.016#0000三 實驗過程1.程序任務(wù)：我們以MPS供料單元的PLC編程為例，概述一下編程的具體過程：1) 初始位，擺臂處在右邊3S2的位置。2) 當對射式光電傳感器B4檢測到料倉中有工件時，氣缸帶動頂料架將工件頂出。3) 擺臂處于3S2位置時，擺臂向左擺動。4) 當擺臂擺到3S1的位置上時，真空系統(tǒng)開始吸真空。5) 當真空度檢測傳感器2B1檢測到真空度達到要求時，擺臂開始向右擺動。6) 當擺臂擺到3S2的位置上時，放下工件。 7） 當對射式光電傳感器B4檢測到料倉中無工件時，擺臂左擺，回到左位。2.程序?qū)崿F(xiàn)（1）新建STEP 7

18、 項目按要求步驟新建STEP 7項目，最后結(jié)果如下：（2） 開始硬件組態(tài)：PLC選用的是SIMATIC 300系統(tǒng)，在RACK-300中選擇框架，選擇電源，點擊PS-300前的加號出現(xiàn)可選的電源類型，選擇一種后雙擊，就選定了電源類型，本系統(tǒng)選擇PS 307 5A。選擇CPU，點擊CPU-300前的加號出現(xiàn)可選的類型，本系統(tǒng)選擇CPU 315-2 DP/6SE7 315-2AF03-0AB0，雙擊后就選定CPU。選擇I/O借口接口，點擊SM-300前的加號出現(xiàn)可選類型，本系統(tǒng)選擇DI/DO-300 SM 323 DI8/DO8DC24V/0，5A。以上操作完成后如下圖所示：（3）定義符號表如下：（4）程序梯形圖1)復(fù)位按復(fù)位鍵，若擺臂不在左位3S1處，則執(zhí)行復(fù)位SL2讓擺臂向左擺，擺到左邊3S1處時，再往下執(zhí)行其他程序；若擺臂已在左位，則按下開始S11,程序向下執(zhí)行；同時保證開始工作后，按復(fù)位鍵不再起作用。2） 開始執(zhí)行，擺臂右擺按開始鍵，執(zhí)行第一步（STEP1），使M0.2觸點工作,擺臂向右擺，擺到右邊3S2處時，再往下執(zhí)行其它程序。3） 頂出工件當擺臂處于右邊、料倉有料、頂料架處于收縮位置時，執(zhí)行第二步（STEP2