1、S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）7.1 S7-300的程序結(jié)構(gòu)7.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則7.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容7.4 程序設(shè)計(jì)的方法與過(guò)程7.5 開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.6 關(guān)于模擬量I/O模塊7.7 模擬量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.8 關(guān)于乒乓控制7.9 PID控制S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）7.6 關(guān)于模擬量I/O模塊生產(chǎn)過(guò)程物理量標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)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DACPQW .PQW .:PQW .模擬量輸出模塊MR模塊ADC結(jié)果存儲(chǔ)器PIW .PIW .:PIW .模擬量輸入模塊CPU:L PIW 3

2、04T PQW 320:模擬執(zhí)行器 物理量.量程卡S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）1 量程卡S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）2 S7-300模擬量模塊的尋址IM256 to270336 to350352 to366368 to382304 to318320 to334272 to286288 to302 (發(fā)送) 槽口號(hào) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 384 to398400 to414432 to446448 to462464 to478480 to494496 to510416 to430機(jī)架 1R0電源模塊IM(接收) 電源模塊CPU512 to526528 to54254

3、4 to558560 to574576 to590592 to606608 to622624 to638機(jī)架 2IM(接收) 電源模塊機(jī)架 3640to654656to670672to686688 to702704 to718720 to734736 to750752 to766IM(接收) 電源模塊S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）3 模擬量模塊SM335 (輸入)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）4 模擬模塊SM335 (輸出)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）5 模擬輸入模塊 SM331S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）6 模擬量的表達(dá)方式和測(cè)量值的分辨率20212223242526272829

4、210211212213214VZ16進(jìn)制.位值十進(jìn)制0123456789101112131415位的序號(hào)單位位的分辨率+ 符號(hào)111*15*= 0 或 18000000001128*8402010840000000000000000000002164132116181412*91011121314S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）7 在不同測(cè)量范圍下模擬量的表達(dá)方式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限測(cè)量范圍 10V電壓例如： 7.50 :單位3276732511 :276492764820736 :-20736-27648- 27649 :- 32512- 32768測(cè)量范圍4 . 20mA

5、電流例如：= 22.81522.810 :20.000520.00016.000 : :4.0003.9995 :1.1852= 1000.11000.0 :850.1850.0 : : :-200.0- 200.1 :- 243.0=352.778352.767 :300.011300.000225.000 : :0.000不允許負(fù)值單位3276732511 :276492764820736 : :0- 32768- 1 :- 4864S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）8 模擬輸入量的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊 FC105 )500,00,0027648S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）9 模擬

6、量輸出的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊 FC106 )276480 0,0100,0S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）10 模擬輸出量的表達(dá)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 : 00 to 10V1 to 5V05.8794 :5.00025.0000 :1.0000011.7589 :10.000410.0000 : 0 : : : : : : :-10.0000- 10

7、.0004 :- 11.75890 10V 00.99990 0 輸出范圍： 電流023.515 :20.000720.000 : 00 to 20mA4 to 20mA022.81 :20.00520.000 :4.000023.515 :20.000720.000 : 0 : : : : : : :-20.000- 20.007 :- 23.5150 20mA 03.99950 0S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）11 配置模擬量模塊SM335S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）12 配置模擬量模塊 SM331S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）13 結(jié)構(gòu)化的極限監(jiān)視功能(可隨模塊帶的軟件塊 FB1

8、20 )FB120ACTVHLLLHYSQH QL LIMIT模擬變量的實(shí)際值HLLLHYSHYSQH QL t功能 符號(hào)LO_LIMHI_LIMS程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）7.7 模擬量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(hào)為模擬量的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的控制方式上可分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。 閉環(huán)控制根據(jù)其設(shè)定值的不同，又可分為調(diào)節(jié)系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)兩種。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè) 定值是由控制系統(tǒng)的控制器給出，控制器的作用就是使反饋值向給定值靠近，以反饋值對(duì)設(shè)定值的偏差最小為目的。隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)定值是由被控制對(duì)象給出的，控制器的作用就是使控制目標(biāo)不斷地向被控對(duì)象靠近。各種跟蹤系統(tǒng)

9、都是隨動(dòng)系統(tǒng)。 模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意抗干擾問(wèn)題。解決干擾的辦法有4個(gè)。 其一是接地問(wèn)題。這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。這里所說(shuō)的接地就是接大地。 其二是模擬信號(hào)線的屏蔽向題，屏蔽線的始端和終端都要接地。信號(hào)線的屏蔽是防止干擾的重要措施。 其三是對(duì)某些高頻信號(hào)要解決匹配問(wèn)題。如果不匹配很容易在信號(hào)傳送中引進(jìn)干擾，使信息失真。 其四是對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）2.模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 （1）攪拌控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計(jì)（S7-PRO111）初始狀態(tài)及 操作工藝 硬件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）OB1塊S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制

10、）OB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）OB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）OB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） OB100塊S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T2=ON Q4.3=OFFS程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）（3）結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)（S7-PRO112）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)OB1塊S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）OB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）OB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控

11、制）OB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FB1FC1S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FC2S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）OB100S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）DB1DB2S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T2=ON Q4.3=OFFS程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）7.8 關(guān)于乒乓控制1 乒乓控制算法2 乒乓控制算法的實(shí)現(xiàn)（S7_PRO113）FC1塊S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）F

12、C1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）DB1塊OB1塊S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） 仿真 檢測(cè)值小于低限，輸出為ON。 檢測(cè)值大于低限，輸出為OFF。S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）7.9 關(guān)于PID控制1 閉環(huán)PID控制 PID控制器管理輸出數(shù)值，以便將偏差(e)為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值（SP）和過(guò)程變量（PV）的差。S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）2 PID算法 PID控制原則以下列公式為基礎(chǔ)，其中將輸出M(t)表示成比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)：其中 M(t) 為PID運(yùn)算的輸出，是時(shí)間的函數(shù) Kp 為 PID回路的比例系數(shù) Ki 為 PID回路的積分系數(shù) Kd 為PI

13、D回路的微分系數(shù) e 為PID回路的偏差（給定值和過(guò)程變量之差） Minital 為PID回路輸出的初始值S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） 為了在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)化成為偏差值的間斷采樣。數(shù)字計(jì)算機(jī)使用下列相應(yīng)公式為基礎(chǔ)的離散化PID運(yùn)算模型。其中: Mn 為采樣時(shí)刻n的PID運(yùn)算輸出值 Kp 為 PID回路的比例系數(shù) Ki 為 PID回路的積分系數(shù) Kd 為PID回路的微分系數(shù) en 為采樣時(shí)刻n的PID回路的偏差 en-1 為采樣時(shí)刻n-1的PID回路的偏差 el 為采樣時(shí)刻l的PID回路的偏差 Minital 為PID回路輸出的初始值S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制

14、） 在此公式中，第一項(xiàng)叫做比例項(xiàng)，第二項(xiàng)由兩項(xiàng)的和構(gòu)成，叫積分項(xiàng)，最后一項(xiàng)叫微分項(xiàng)。比例項(xiàng)是當(dāng)前采樣的函數(shù)，積分項(xiàng)是從第一采樣至當(dāng)前采樣的函數(shù)，微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣及前一采樣的函數(shù)。在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)，這里既不可能也沒(méi)有必要存儲(chǔ)全部偏差項(xiàng)的采樣。因?yàn)閺牡谝徊蓸娱_(kāi)始，每次對(duì)偏差采樣時(shí)都必須計(jì)算其輸出數(shù)值，因此，只需要存儲(chǔ)前一次的偏差值及前一次的積分項(xiàng)數(shù)值。利用計(jì)算機(jī)處理的重復(fù)性，可對(duì)上述計(jì)算公式進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后的公式為：其中: Mn 為采樣時(shí)刻n的PID運(yùn)算輸出值 Kp 為 PID回路的比例系數(shù) Ki 為 PID回路的積分系數(shù) Kd 為PID回路的微分系數(shù) en 為采樣時(shí)刻n的PID回路的偏差 en-1

15、 為采樣時(shí)刻n-1的PID回路的偏差 MX 為積分項(xiàng)前值S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） 計(jì)算回路輸出值 CPU實(shí)際使用對(duì)上述簡(jiǎn)化公式略微修改的格式。修改后的公式為： 其中: Mn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出計(jì)算值 MPn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出比例項(xiàng) MIn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出積分項(xiàng) MDn 為采樣時(shí)刻n的回路輸出微分項(xiàng) 比例項(xiàng) 比例項(xiàng)MP是PID回路的比例系數(shù)(Kp)及偏差(e)的乘積，為了方便計(jì)算取Kp= Kc 。CPU采用的計(jì)算比例項(xiàng)的公式為： 其中: MPn 為采樣時(shí)刻n的輸出比例項(xiàng)的值 Kc 為回路的增益 SPn 為采樣時(shí)刻n的設(shè)定值 PVn 為采樣時(shí)刻n的過(guò)程變量值S程序相關(guān)設(shè)計(jì)

16、方法（模擬量控制） 積分項(xiàng) 積分項(xiàng)MI與偏差和成比例。為了方便計(jì)算取。CPU采用的積分項(xiàng)公式為： 其中: MIn 為 采用時(shí)刻n的輸出積分項(xiàng)的值 Kc 為回路的增益 Ts 為采樣的時(shí)間間隔 Ti 為積分時(shí)間 SPn 為采樣時(shí)刻n的設(shè)定值 PVn 為采樣時(shí)刻n的過(guò)程變量值 MX 為采樣時(shí)刻n-1的積分項(xiàng)(又稱為積分前項(xiàng)) 積分項(xiàng)(MX)是積分項(xiàng)全部先前數(shù)值的和。每次計(jì)算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被調(diào)整或被限定。MX的初值通常在第一次計(jì)算出輸出之前被置為Minitai（初值）。 其它幾個(gè)常量也是積分項(xiàng)的一部分，如增益、采樣時(shí)刻 (PID循環(huán)重新計(jì)算輸出數(shù)值的循環(huán)時(shí)間)、以

17、及積分時(shí)間(用于控制積分項(xiàng)對(duì)輸出計(jì)算影響的時(shí)間)。 S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） 微分項(xiàng) 微分項(xiàng)MD與偏差的改變成比例，方便計(jì)算取 。 計(jì)算微分項(xiàng)的公式為： 為了避免步驟改變或由于對(duì)設(shè)定值求導(dǎo)而帶來(lái)的輸出變化，對(duì)此公式進(jìn)行修改，假定設(shè)定值為常量(SPn=SPn-1)，因此將計(jì)算過(guò)程變量的改變，而不計(jì)算偏差的改變，計(jì)算公式可以改進(jìn)為：其中： MDn 為 采用時(shí)刻n的輸出微分項(xiàng)的值 Kc 為回路的增益 Ts 為采樣的時(shí)間間隔 Td 為微分時(shí)間 SPn 為采樣時(shí)刻n的設(shè)定值 SPn-1 為采樣時(shí)刻n-1的設(shè)定值 PVn 為采樣時(shí)刻n的過(guò)程變量值 PVn-1 為采樣時(shí)刻n-1的過(guò)程變量值 S程序相

18、關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） 回路控制的選擇 如果不需要積分運(yùn)算(即在PID計(jì)算中不需要積分運(yùn)算)，則應(yīng)將積分時(shí)間(Ti)指定為無(wú)限大，由于積分和MX的初始值，即使沒(méi)有積分運(yùn)算，積分項(xiàng)的數(shù)值也可能不為零。 這時(shí)積分系數(shù) Ki如果不需要求導(dǎo)運(yùn)算(即在PID計(jì)算中不需要微分運(yùn)算)，則應(yīng)將求導(dǎo)時(shí)間(Td)指定為零。 這時(shí)微分系數(shù) Kd如果不需要比例運(yùn)算(即在PID計(jì)算中不需要比例運(yùn)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，這時(shí)比例系數(shù)Kp。因?yàn)榛芈吩鲆?Kc)是計(jì)算積分及微分項(xiàng)公式內(nèi)的系數(shù)，將回路增益設(shè)定為，將影響積分及微分項(xiàng)的計(jì)算。因而，當(dāng)回路增益取為時(shí)，在PID

19、算法中，系統(tǒng)自動(dòng)地把在積分和微分運(yùn)算中的回路增益取為1.0 ， 此時(shí) S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）3 PID算法的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算框圖S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） PID控制軟件（S7_Pro4） OB1S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） OB35S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） FB1S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FB1續(xù)S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） DB2S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）仿真 ： 觀察過(guò)程量PIW256的變化，PID輸出控制PQW350的改變S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）4 PID控制模塊

20、（1） PID模塊的工作原理S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）（2）PID模塊 FM355：4路閉環(huán)控制模塊內(nèi)含：4AI+8DI+4DIS程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FM355（續(xù)）：輸入地址PIW256-257輸出地址PQW256-257S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）FM355（續(xù)）：基本參數(shù)有無(wú)中斷中斷類型工作方式S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）（3）PID參數(shù)比例項(xiàng)：名稱 數(shù)據(jù)類型 默認(rèn)值 功能 P_SEL BOOL TRUE 比例項(xiàng)使能控制 GAIN REAL 2.0 放大倍數(shù)積分項(xiàng)：名稱 數(shù)據(jù)類型 默認(rèn)值 功能 I_SEL BOOL TRUE 積分項(xiàng)使能控制 TI TIME T#2

21、0S 積分時(shí)間 INT_HOLD BOOL FALSE 積分輸出保持控制 I_ITL_ON BOOL - 積分輸出再輸入允許 I_ITLVAL REAL 0.0 積分初值微分項(xiàng)：名稱 數(shù)據(jù)類型 默認(rèn)值 功能 D_SEL BOOL TRUE 微分項(xiàng)使能控制 TD TIME T#10S 微分時(shí)間 TM_LAG TIME T#2S 微分滯后時(shí)間過(guò)程參數(shù) S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）（4）模板初始化功能（SFC塊） SFC 50： 名稱 功能 WR_PARM 將動(dòng)態(tài)參數(shù)寫入模板 SFC 56： 名稱 功能 WR_DPARM 將預(yù)定參數(shù)寫入模板 SFC 57： 名稱 功能 PARM_MOD 賦模板的

22、參數(shù) SFC 58 名稱 功能 WR_REC 寫模板專用的數(shù)據(jù)記錄 SFC 59 名稱 功能 RD_REC 讀模板專用的數(shù)據(jù)記錄（5）模板初始化功能的調(diào)用例：調(diào)用SFC 50 CALL RD_LGADR“ SFC 50 的形參S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）（6）利用PID模塊設(shè)計(jì)的過(guò)程S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制）5 閉環(huán)控制系統(tǒng)功能塊 系統(tǒng)功能塊SFB 41用于連續(xù)控制SFB 42用于步進(jìn)控制SFB 43用于脈沖寬度控制 SFB 41 SFB 43的調(diào)用指令樹(shù)LIBRARY STANDARD LIBRARY SYSTEM FUNCTION BLOCKS 6 閉環(huán)控制軟件包功能塊FB 41FB 42 FB 43 與SF41 SF42 SF43兼容， 用于PID控制。 FB 41 FB 43的調(diào)用 STANDARD LIBRARY PID CONTROL BLOCKS S程序相關(guān)設(shè)計(jì)方法（模擬量控制） SFB41 (連續(xù)控制）的輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說(shuō)明默認(rèn)值CON_RETBOOL0.0