S7200用于模拟量控制系统

《S7200用于模拟量控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《S7200用于模拟量控制系统（18页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、4.4 S7-200用于模拟量控制系统1.关于模拟量控制系统模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。开环控制是根据控制的设定值直接向控制对象输出控制信号，这种控制容易受外界干扰而偏离控制目标。对于控制要求比较高的场合，一般都采用闭环控制方式。闭环控制是使用控制的设定值与反馈值的差进行控制的，以求得设定值与反馈值的偏差最小。因而闭环控制也叫偏差控制。闭环控制根据其设定值的不同，又可以分为调节系统和随动系统两种。调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出，控制器的作用就是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被

2、控制对象给出的，控制器的作用就是使控制目标不断地向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。模拟量控制系统设计中应该注意抗干扰问题。解决干扰的办法有4个。其一是接地问题。这里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。这里所说的接地就是接大地。其二是模拟信号线的屏蔽向题，屏蔽线的始端和终端都要接地。信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施。其三是对某些高频信号要解决匹配问题。如果不匹配很容易在信号传送中引进干扰，使信息失真。其四是对信号进行滤波。模拟量信号如电压值、电流值等，常常会因为现场瞬时干扰而产生较大波动，产生误差。采用滤波可以有效地减小误差。这里所说的滤波包括硬件滤波和软件滤波。软件滤波主要是数

3、字滤波。数字滤波的方法比较多，如常用的平均值法、中值法等等。S7-200系列PLC在系统设计中可以利用STEP7-Micro/MIN32软件对模拟量输入信号增加滤波功能。如果需要数字滤波可以设置滤波选项。2.模拟量控制系统设计举例砌块在生产过程中最后一道工序是养护。目前养护过程有两种。一种是自然养护。自然养护只需要一个养护的露天场地，靠阳光加温养护。这种养护方法投资少，养护成本低。其缺点是养护周期长，受天气影响大，对产品质量要求较高时无法保证。而且，对于我国北方地区的冬季也不适用。另一种养护是在养护窑中养护，可以根据砌块的工艺要求制定养护规则，由手动控制或自动控制方法进行养护。养护窑养护过程是

4、严格根据工艺要求实施控制的。它能保证产品的质量，保证生产进度，不受气候影响。其中自动控制方式养护方式，可以借助于PID算法、模糊控制算法及一些优化控制算法，使养护窑的养护温度被严格地控制在养护规则要求的范围之内。3. 系统设计举例例4-4-1窑温模糊控制设计图4-4-1图4-4-1所示系统就是对养护窑进行温度控制系统。本系统控制2个养护窑。每个养护窑有一个测温输入点（模拟量输入），一个进气电磁阀控制输入蒸汽（开关量），一个排气电磁阀控制热气的排出（开关量），一个送风电机（开关量），共三个开关量输出。一个启动按钮，一个停止按钮一个急停按钮。一个养护窑需要3个开关量输入，3个开关量输出和一个模拟量

5、输入。整个系统还需要设置一个总启动开关，一个总停止开关（共2个开关量输入点）。一个总进气电磁阀，一个总排风电磁阀（共2个开关量输出点）。合计整个控制系统需要开关量输入8点，开关量输出8点，模拟量输入2点。控制过程应该满足如下要求。总启动按钮按下以后整个系统允许运行。按下总停止按钮整个系统停止运行。每个窑都可以自行控制。按下各窑的启动按钮后各窑开始运行，按下其停止按钮各窑停止运行，按下急停按钮禁止各窑的输出控制。每个窑的具体控制流程要求：启动电机供风循环热气流；开启进气阀门供热气控温；经过一定时间（设恒温10小时）关闭进气阀门；打开排气阀门排气；按下停止按钮关风机关排气阀，准备砌块出窑。连锁要求

6、只要有一个窑排气，总排气阀要打开，只有总进气阀打开，才能启动各窑进气阀。图4-4-2（1）硬件选择：选CPU224（14点开关量输入/1O开关量输出，提供给扩展单元5VDC电流能力为660mA）主机，模拟量输入模块EM231（4路模拟量输入，消耗5VDC电流为1OmA）模块1块，组成硬件系统。如图4-4-2所示。所选系统中，CPU224能够满足所带扩展单元全部5VDC电流的要求，且所带的扩展模块不大于7个，这表明硬件配置合理。整个系统具有开关量输入14点，开关量输出10点，模拟量输入4点，这表明硬件系统满足全部工艺要求。(2) 输入输出点地址分配：输入输出点地址分配见表4-4-1。表4-4-1

7、模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明CPU224123456789101112131412345678910I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1l号启动，上升沿有效l号停止，上升沿有效1号急停，上升沿有效2号启动，上升沿有效2号停止，上升沿有效2号急停，上升沿有效总启动，上升沿有效总停止，上升沿有效l号进气阀，“1” 有效l号排气阀，“1” 有效l号风机，“1” 有效2号进气阀，“1” 有效2号排气阀，“1” 有效2号风机，“1”

8、有效总进气阀，“1” 有效总排气阀，“1” 有效按钮按钮按钮按钮按钮按钮按钮按钮电磁阀电磁阀电机电磁阀电磁阀电机电磁阀电磁阀EM2311234AIW0AIW2AIW4AIW6l号热敏电阻2号热敏电阻PT100PT100(1) 内存变量分配表控制系统的输入输出与内存分配表见表4-4-2。表4-4-2序号名称地址注释1一号启动I0.0上升沿有效2一号停止I0.1上升沿有效3一号急停I0.2上升沿有效4二号启动I0.3上升沿有效5二号停止I0.4上升沿有效6二号急停I0.5上升沿有效7总启动I0.6上升沿有效8总停止I0.7上升沿有效9一号进气阀Q0.0“1”有效10一号排气阀Q0.1“1”有效11

9、一号风机Q0.2“1”有效12二号进气阀Q0.3“1”有效13二号排气阀Q0.4“1”有效14二号风机Q0.5“1”有效15总进气阀Q0.6“1”有效16总排气阀Q0.7“1”有效17一号热敏电阻AIW012bit18二号热敏电阻AIW212bit19一号定时1T101时基=TON20一号定时2T102时基=TON21一号定时3T103时基=TON22一号定时4T104时基=TON23一号定时5T105时基=TON24一号定时6T106时基=TON25一号定时7T107时基=TON26一号定时8T108时基=TON27一号温度值VW016bit28一号反馈值VW216bit29一号设定值VW4

10、16bit30一号控制1VW616bit31一号控制2VW816bit32一号控制3VW1016bit33一号控制4VW1216bit34一号控制5VW1416bit35二号定时1T109时基=TON36二号定时2T110时基=TON37二号定时3T111时基=TON38二号定时4T112时基=TON39二号定时5T113时基=TON40二号定时6T114时基=TON41二号定时7T115时基=TON42二号定时8T116时基=TON43二号温度值VW2016bit44二号反馈值VW2216bit45二号设定值VW2416bit46二号控制1VW2616bit47二号控制2VW2816bit4

11、8二号控制3VW3016bit49二号控制4VW3216bit50二号控制5VW3416bit51一号养护时间C0增计数器52二号养护时间C1增计数器53一号运行标志M0.0Bool54二号运行标志M0.1Bool(4) 程序设计：总体思路因为本系统用来控制规模相同的2个养护窑，所以控制程序采用分块结构。其中子程序SBR0控制一号窑温，SBR1控制二号窑温。主程序OB1分别调用SBR0、SBR1子程序块，对2个养护窑分别控制。每个养护窑由一个热敏电阻检测窑内温度，由一个进气电磁阀周期闭合与断开来控制进气量，调节窑内温度。本例子中采用的控制算法根据经验写成控制规则，成为简单的模糊控制。主程序中的

12、具体控制流程本例子中由于只采用了子程序调用而没有采用中断，因此结构比较简单。在系统总启动之后，主程序只要不断查询各个子程序的启动条件并根据启动条件去决定是否调用温控程序即可。见图4-4-3。控制算法图4-4-3本例子所采用的控制算法是根据经验写成的控制规则，用模糊控制算法去控制的。其控制规则有：如果检测温度低于设定值的50%，则进气阀门打开的占空比为l00%。如果检测温度高于设定值的50%且低于设定值的80%，则进气阀门打开的占空比为70%。如果检测温度高于设定值的80%且低于设定值的90%，则进气阀门打开的占空比为50%。如果检测温度高于设定值的90%且低于设定值的100%，则进气阀门打开的

13、占空比为30%。如果检测温度高于设定值的100%且低于设定值的102%，则进气阀门打开的占空比为10%。如果检测温度高于设定值的102%，则进气阀门打开的占空比为0%。 为了实现控制算法，在程序设计中每个养护窑安排了8个延时断开定时器（TON）产生4种不同占空比的脉冲。再由这些脉冲去控制进气阀门的打开与关断。控制程序例子中写了主程序OBl和子程序SBR0。 主程序 OB1NETWORK 1 /总进气阀、总排气阀控制LD SM0.0 /SM0.0为常ON继电器LPS /SM0.0状态压栈A I0.6 /总启动按钮按下I0.6=1EU /上微分S Q0.6, 1 /总启动按钮按下，启动总进气阀Q0

14、.6打开LRD /读栈，读SM0.0状态。A I0.7 /总停止按钮按下I0,7=1EU /上微分R Q0.6, 1 /总停止按钮按下，关闭总进气阀Q0.6LPP /弹出SM0.0LDW= C0, +600 /一号养护时间C0大于或等于lO个小时OW= C1, +600 /二号养护时间C1大于或等于lO个小时ALD /上述逻辑块的串联操作= Q0.7 /只要有一个窑养护时间到，需要排气，就打开总排气阀Q0.7NETWORK 2 /一号窑控制开始LD SM0.0 / SM0.0为常ON继电器LPS / SM0.0状态压栈A I0.0 /一号启动按钮按下I0.0=1S M0.0, 1 /按下一号启

15、动按钮, 一号窑运行标志M0.0置位LRD /读栈，读SM0.0状态A I0.1 /一号停止按钮按下I0.1=1R M0.0, 1 /按下一号停止按钮, 一号窑运行标志M0.0复位LRD /读栈，读SM0.0状态AW= C0, +600 /一号养护时间C0大于等于10个小时= Q0.1 /一号窑养护时间到（C0计数到600），打开一号排气阀Q0.1排气LRD /读栈，读SM0.0状态A I0.2 /一号急停按钮I0.2R Q0.0, 3 /按下一号急停按钮，停止一号进气阀Q0.0、排气阀Q0.1和风机Q0.2LPP /弹出SM0.0A M0.0 /一号运行标志M0.0= Q0.2 /一号窑运行

16、期间，一号风机Q0.2为启动状态供风CALL SBR_0 /一号窑运行期间，调用一号窑温控制子程序SBR0NETWORK 3 /记录一号窑控温时间。LD Q0.0 /一号进气阀Q0.0A SM0.4 /一号窑养护时间C0的计数脉冲（l分钟一次）LD I0.0 /一号启动=I0.0，C0的复位脉冲之一O SM0.1 / SM0.1，C0的复位脉冲之二CTU C0, +0 /启动一号养护时间计数器C0NETWORK 4 /二号窑控制开始LD SM0.0 /常0N继电器LPS /压栈操作 A I0.3 /二号启动=I0.3S M0.1, 1 /按下二号启动按钮二号窑运行标志M0.1置位LRD /读栈

17、A I0.4 /二号停止=I0.4R M0.1, 1 /按下二号停止按钮二号窑运行标志M0.1复位LRD /读栈AW= C1, +600 /二号养护时间=+600分钟= Q0.4 /二号窑养护时间到（C1计数到600），打开二号排气阀Q0.4排气LRD /读栈A I0.5 /二号急停=I0.5R Q0.3, 3 /停止二号进气阀Q0.3、排气阀Q0.4和风机Q0.5LPP /弹出A M0.1 /二号运行标志=M0.1= Q0.5 /二号窑运行期间，二号风机Q0.5一直为启动状态CALL SBR_1 /二号窑运行期间，调用二号窑温控制程序SBR1NETWORK 5 /记录二号窑控温时间LD Q0

18、.3 /二号进气阀=Q0.3A SM0.4 /二号窑养护时间的计数脉冲（l分钟一次）LD I0.3 /二号启动=I0.3，C1的复位脉冲之一 O SM0.1 /SM0.1，C1的复位脉冲之二CTU C1, +0 /启动二号养护时间计数器C1，养护时问由CTU计数器的计数值反映 子程序SBR0NETWORK 1 /传送一号窑温值反馈值，一号窑温设定值LD SM0.0 /常ON继电器MOVW AIW0, VW0 /一号温度检测AIW0，送温度存贮单元VW0-I +6552, VW0 /VW0的内容减去6552，送VW0中/I +131, VW0 /VW0的内容被131除，结果送VW0中MOVW V

19、W0, VW2 /窑温检测值-6552）/131=窑温实际温度值VW0，送VW2中*I +100, VW2 /一号温度值乘100变成反馈值VW2，将参与控制MOVW +100, VW4 /一号窑温恒温的设定值为100度，送VW4中NETWORK 2 /分段控制LD SM0.0 /常ON继电器。MOVW VW4, VW6 /窑温恒温的设定值送VW6*I +50, VW6 /第一段的温度控制值为设定值的5O倍MOVW VW4, VW8 /窑温恒温的设定值送VW8*I +80, VW8 /第二段的温度控制值为设定值的8O倍MOVW VW4, VW10 /窑温恒温的设定值送VW10*I +90, VW

20、10 /第三段的温度控制值为设定值的9O倍MOVW VW4, VW12 /窑温恒温的设定值送VW12*I +100, VW12 /第四段的温度控制值为设定值的10O倍MOVW VW4, VW14 /窑温恒温的设定值送VW14*I +102, VW14 /第五段的温度控制值为设定值的102。NETWORK 3 /控制策略LDW VW2, VW6 /窑温的100倍大于设定值的50倍AW VW2, VW8 /窑温的100倍大于设定值的80倍AW VW2, VW10 /窑温的100倍大于设定值的90倍AW VW2, VW12 /窑温的100倍大于设定值的100倍AW VW2, VW14 /窑温的100

21、倍小于设定值的102倍A T107 /反馈值大于第四段且小于第五段控制值时，进气阀占空比=10%OLD /AW= C0, +600 /一号养护时间计数器C0大于等于600(lO个小时)，为一号养护时间到OW= C1, +600 /二号养护时间计数器C1大于等于600(lO个小时)，为二号养护时间到ALD /上述块的串联= Q0.7 /只要有一个窑养护时间到，需要排气，就打开总排气阀Q0.7NETWORK 3 /一号窑控制开始LD SM0.0 /常0N继电器LPS /压栈A I0.0 /一号启动I0.0S M0.0, 1 /按下一号启动按钮I0.0，一号窑运行标志M0.0置位LRD /读栈A I

22、0.1 /一号停止I0.1R M0.0, 1 /按下一号停止按钮I0.1，一号窑运行标志M0.0复位LRD /读栈AW= C0, +600 /C0=600= Q0.1 /一号窑养护时间到（C0计数=600），打开一号排气阀Q0.1，向外排气LRD /读栈A I0.2 /一号急停I0.2R Q0.0, 3 /按下急停按钮I0.2，停止一号进气阀Q0.0、排气阀Q0.1和风机Q0.2LPP /弹出A M0.0 /一号运行标志M0.0= Q0.2 /一号窑运行期间，一号风机Q0.2一直为启动状态CALL SBR_0 /一号窑运行期间，调用一号窑温控制程序SBR0NETWORK 4 /记录一号窑控温时

23、间LD Q0.0 /一号进气阀Q0.0A SM0.4 /一号窑控温时间的计数脉冲（l分钟一次）LD I0.0 /一号启动I0.0O SM0.1 /复位一号窑计数器信号为一号启动按钮I0.0按下或PLC上电CTU 600, +0 /一号养护时间由CTU计数器的计数值C0确定NETWORK 5 /二号窑控制开始LD SM0.0 /常0N继电器LPS /压栈A I0.3 /二号启动I0.3S M0.1, 1 /按下二号启动按钮I0.3，二号窑运行标志M0.1置位LRD /读栈A I0.4 /二号停止I0.4R M0.1, 1 /按下二号停止按钮I0.4，二号窑运行标志M0.1复位LRD /读栈AW=

24、 C1, +600 /C1=600= Q0.4 /二号窑养护时间到（C1计数到600），打开二号排气阀Q0.4，向外排气LRD /读栈A I0.5 /二号急停I0.5R Q0.3, 3 /按下急停按钮I0.5，停止二号进气阀Q0.3、排气阀Q0.4和风机Q0.5LPP /弹出A M0.1 /二号运行标志M0.1= Q0.5 /二号窑运行期间，二号风机Q0.5一直为启动状态CALL SBR_1 /二号窑运行期间，调用二号窑温控制程序SBR1NETWORK 6 /记录二号窑控温时间LD Q0.3 /二号进气阀Q0.3A SM0.4 /二号窑控温时间的计数脉冲（l分钟一次）LD I0.3 /二号启动

25、I0.3O SM0.1 /复位二号窑计数器信号为二号启动按钮I0.3按下或PLC上电CTU C1, +0 /二号养护时问由CTU计数器的计数值C1确定 子程序SBR0（一号窑温度控制）NETWORK 1 /一号窑温检测值转换成实际温度值LD SM0.0 /常ON继电器MOVW AIW0, VW400 /AIW0的内容传到VW400-I +6552, VW400 /(VW400)-6552送到VW400/I +131, VW400 /(VW400)/131送到VW400NETWORK 2 /传送一号窑温PID控制的参数表的数据LD SM0.0 /常ON继电器MOVR 0.616, VD4 /一号

26、设定值送到VD4MOVR 0.01, VD12 /一号增益送到VD12MOVR 0.1, VD16 /一号采样时间送到VD16MOVR 3.0, VD20 /一号积分时间送到VD20MOVR 0.0, VD24 /一号微分时间送到VD24NETWORK 3 /产生一号窑温PTO控制的的占空比脉冲LD SM0.0 /常ON继电器LPS /压栈AN T102 /一号定时2(T102)的非, 启动一号定时1(T101)TON T101, VW416 /一号定时1(T101) 时间常数为VW416LRD /读栈A T101 /一号定时1(T101), 启动一号定时2(T102)TON T102, VW

27、418 /一号定时2(T102) 时间常数为VW418LPP /弹出A T101 /一号定时1(T101)= Q0.0 /一号进气阀Q0.0。 子程序SBR1（二号窑温度控制） 中断程序INT0(PID控制)NETWORK 1 /一号养护窑PID控制算法LD M0.0 /一号运行标志M0.0LPS /压栈A SM0.5 /SM0.5为周期为l秒钟的时钟脉冲EU /上升沿有效MOVW AIW0, AC0 /一号温度传送到AC0DTR AC0, AC0 /整数转换成实数MOVR AC0, VD0 /一号过程变量传送到VD0/R 32000.0, VD0 /(VD0)/32000.0转换成PID控制

28、的过程变量（PVn）的标准值LRD /读栈PID VB0, 0 /养护窑运行时，进行PID运算（一号PID表VB0，回路号0）MOVR VD8, AC0 /一号输出值=VD8传送到AC0*R 100.0, AC0 /100.0乘以一号输出值，传送到AC0。(周期为100*0.1S)ROUND AC0, AC0 /把AC0中的实数转换成双整数DTI AC0, VW416 /把AC0中的双整数转换成整数, 传送到VW416MOVW +100, VW418 /把100传送到VW418。-I VW416, VW418 /100-(VW416) 传送到VW418(一号占空比)。LPP /弹出。AR= V

29、D0, VD4 /一号过程变量(VD0)大于等于一号设定值(VD4), 输出占空比=0MOVW +100, VW416 /100送一号占空比1MOVW +0, VW418 /0送一号占空比2NETWORK 2 /二号养护窑PID控制算法LD M0.1 /二号运行标志M0.1LPS /压栈A SM0.5 / SM0.5为周期为l秒钟的时钟脉冲EU /上升沿有效MOVW AIW2, AC0 /二号温度传送到AC0DTR AC0, AC0 /整数转换成实数MOVR AC0, VD36 / 二号过程变量传送到VD36/R 32000.0, VD36 /(VD36)/32000.0转换成PID控制的过程

30、变量（PVn）的标准值LRD /读栈PID VB36, 1 /养护窑运行时，进行PID运算（二号PID表=VB36，回路号=1）MOVR VD44, AC0 /二号输出值(VD44)传送到AC0*R 100.0, AC0 /100.0乘以二号输出值，传送到AC0。(周期为100*0.1S)ROUND AC0, AC0 /把AC0中的实数转换成双整数DTI AC0, VW420 /把二号占空比1 传送到VW420MOVW +100, VW422 /把100传送到二号占空比2(VW422)-I VW420, VW422 /100-(VW420) 传送到VW422(二号占空比)LPP /弹出AR=

31、VD36, VD40 /如果过程变量(VD36) = 设定值(VD40), 输出占空比=0MOVW +100, VW420 /100送二号占空比1MOVW +0, VW422 /0送二号占空比2例4-4-3 窑温PID控制例4-4-1中，每个养护窑的进气电磁阀（开关量输出）由一个进气电动阀（模拟量输出）代替。用调整开口角度的大小来控制进气量，从而控制窑温。其它条件不变。图4-4-4一个养护窑需要3个开关量输入，2个开关量输出，1个模拟量输入和1个模拟量输出。整个控制系统需要开关量输入8点，开关量输出6点，模拟量输入2点，模拟量输出2点。重新设计控制系统。(1) 硬件选择选CPU224（14点开关量输入/10点开关量输出，提供给扩展单元5VDC电流能力为1000mA）主机，模拟量输入模块EM231（4路模拟量输入，消耗5VDC电流为1OmA）模块1块，模拟量输出模块EM232（2路模拟量输出，消耗5VDC电流为1OmA）模块1块，组成硬件系统。如图4-4-4。所