S7-200-SMART-PLC-应用教程-教学课件-作者-廖常初-第78章

第7章PLC在模拟量闭环控制中的应用

7.1闭环控制与PID控制器7.1.1模拟量闭环控制系统1．模拟量闭环控制系统

被控量c(t)被传感器和变送器转换为标准量程的直流电流、电压信号PV(t)，AI模块中的A-D转换器将它们转换为多位二进制数过程变量PVn。SPn为设定值，误差en

=

SPn

PVn。AO模块的D-A转换器将PID控制器的数字量输出值Mn转换为模拟量M(t)，再去控制执行机构。PID程序的执行是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期TS。

加热炉温度闭环控制系统举例。第7章PLC在模拟量闭环控制中的应用7.1闭环控制2．闭环控制的工作原理

闭环负反馈控制可以使过程变量PVn等于或跟随设定值SPn。假设实际温度值c(t)低于给定的温度值，误差en为正，M(t)将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于设定值。3．变送器的选择AI模块的电压输入端的输入阻抗很高，微小的干扰信号电流将在模块的输入阻抗上产生很高的干扰电压。远程传送的模拟量电压信号的抗干扰能力很差。

电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。AI模块的输入为电流时，输入阻抗较低，例如250。干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，模拟量电流信号适用于远程传送。

四线制电流输出变送器有两根电源线和两根信号线。二线制变送器只有两根外部接线，它们既是电源线，也是信号线，输出4～20mA的信号电流。4．闭环控制反馈极性的确定2．闭环控制的工作原理四线制电流输出变送器有

闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控。

调试时断开AO模块与执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。如果控制器有积分环节，因为反馈被断开了，AO模块的输出会向一个方向变化。这时如果假设接上执行机构，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。

5．闭环控制系统主要性能指标

系统进入并停留在稳态值c(∞)上下±5%（或2％）的误差带内的时间tS称为调节时间。被控量c(t)从0上升，第一次到达稳态值c(∞)的时间称为上升时间tr。

稳态误差是指响应进入稳态后，输出量的期望值与实际值之差。6．闭环控制带来的问题

由于闭环中的滞后因素，PID控制器的参数整定得不好时，阶跃响应曲线将会产生很大的超调量，系统甚至会不稳定。闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，7.1.2PID控制器的数字化1．连续控制系统中的PID控制器KC是回路增益，TI和TD分别是积分时间和微分时间。2．PID控制器的数字化

上式中的积分对应于图7-5中误差曲线e(t)与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。一般用图7-5中的矩形面积之和来近似精确积分。

在误差曲线e(t)上作一条切线，该切线与

x轴正方向的夹角

α的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。TS是采样时间间隔。7.1.2PID控制器的数字化2．PID控制器导数的近似表达式：数字PID控制器输出值的计算公式：导数的近似表达式：数字PID控制器输出值的计算公式：3．反作用调节在开环状态下，PID输出值控制的执行机构的输出增加使被控量增大的是正作用（加热炉）；使被控量减小的是反作用（空调压缩机）。把PID回路的增益KC设为负数，就可以实现PID反作用调节。3．反作用调节7.1.3PID指令向导的应用1．用PID指令向导生成PID程序

双击项目树“向导”文件夹中的“PID”，打开“PID指令向导”对话框，完成每一步的操作后，单击“下一步>”按钮。1）设置PID回路的编号（0～7）为0。2）设置回路给定值范围和回路参数。比例增益为2.0，积分时间为0.03min，微分时间为0.01min，采样时间为0.2s。

3）设置回路输入量（过程变量PV）和回路输出量的极性均为默认的单极性，范围为默认的0～32000。4）启用过程变量PV的上限报警功能，上限值为95%。5）设置用来保存组态数据的120B的V存储区的起始地址为VB200。6）采用默认的初始化子程序和中断程序的名称，选中多选框“增加PID手动控制”。2．回路表见表7-1。3.PID控制的模式不执行PID运算时为“手动”模式。7.1.3PID指令向导的应用7.2PID控制器的参数整定方法7.2.1PID参数的物理意义1．对比例控制作用的理解PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。如果增益太小，调节的力度不够，使调节时间过长。如果增益过大，调节力度太强，造成调节过头，使被控量来回震荡，超调量过大。如果闭环系统没有积分作用，单纯的比例控制的稳态误差与增益成反比，很难兼顾动态性能和静态性能。2．对积分控制作用的理解积分控制根据当时的误差值，每个采样周期都要微调PID的输出。只要误差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。积分部分的作用是消除稳态误差，提高控制精度。积分有滞后特性，积分作用太强，会使系统的动态性能变差，超调量增大。积分作用太弱，消除稳态误差的速度太慢。3．对微分控制作用的理解微分项与误差的变化速率成正比，微分部分反映了被控量变化的趋势。7.2PID控制器的参数整定方法

在图7-11中启动过程的上升阶段，被控量尚未超过其稳态值，超调还没有出现。但是因为被控量不断增大，误差e(t)不断减小，控制器输出量的微分分量为负，使控制器的输出量减小，相当于减小了温度控制系统加热的功率，提前给出了制动作用，以阻止温度上升过快。因此微分具有超前和预测的作用，适当的微分控制作用可以减小超调量，缩短调节时间。微分作用太强（TD太大），将会使响应曲线变化迟缓。在图7-11中启动过程的上升阶段，被控量尚未超过其4．采样周期的确定确定采样周期时，应保证在被控量迅速变化的区段，有足够多的采样点，以保证不会因为采样点过稀而丢失被采集的模拟量中的重要信息。7.2.2PID参数整定的规则1．PID参数的整定方法1）为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。给系统输入一个阶跃给定信号，观察系统输出量的波形。由PV的波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。2）如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能进入稳态或者根本不稳定，应减小控制器的增益KC或增大积分时间TI。如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整上述参数。3）如果消除误差的速度较慢，应适当减小积分时间，增强积分作用。4）反复调节增益和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分作用，即采用PID控制。微分时间TD从0逐渐增大，反复调节KC、TI和TD，直到满足要求。需要注意的是在调节增益KC时，同时会影响到积分分量和微分分量的值，而不是仅仅影响到比例分量。4．采样周期的确定5）如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长（上升缓慢），可以适当增大增益KC。如果因此使超调量增大，可以通过增大积分时间和调节微分时间来补偿。

2．怎样确定PID控制器的初始参数值

为了保证系统的安全，避免在首次投入运行时出现系统不稳定或超调量过大的异常情况，在第一次试运行时增益不要太大，积分时间不要太小，以保证不会出现较大的超调量。试运行后根据响应曲线的特征和调整PID控制器参数的规则，来修改控制器的参数。7.2.3PID控制器参数整定的实验

2．被控对象仿真的S7-200SMARTPID闭环程序用作者编写的子程序“被控对象”来模拟PID闭环中的被控对象（见图7-12），被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节，其增益为GAIN，3个惯性环节的时间常数分别为TIM1～TIM3。DISV是系统的扰动输入值。

5）如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长（上升主程序中T37和T38组成了方波振荡器，用来提供周期为60s、幅值为20.0%和70.0%的方波设定值。在主程序中调用PID向导生成的子程序PID0_CTRL。CPU按PID向导中组态的采样周期调用PID中断程序PID_EXE，在PID_EXE中执行PID运算。PID_EXE占用了定时中断0，模拟被控对象的中断程序INT_0使用定时中断1。

设定值Setpoint_R是以百分数为单位的浮点数。Auto_Manual（I0.0）为ON时为自动模式。主程序中T37和T38组成了方波振荡器，用来提供周期S7-200-SMART-PLC-应用教程-教学课件-作者-廖常初-第78章

实际的PID控制程序不需要调用子程序“被控对象”，在主程序中只需要调用子程序PID0_CTRL，其输入参数PV_I应为实际使用的AI模块的通道地址（例如AIW0），其输出参数Output应为实际使用的AO模块的通道地址（例如AQW0）。

3．PID整定控制面板操作要点：用左边窗口选中要调试的回路，接通I0.0外接的小开关，出现3条曲线。选中多选框“启用手动调节”

在右边的“调节参数”区的“计算值”列输入新的参数，单击“更新CPU”按钮，将参数写入PLC。4．PID闭环控制仿真演示

初始参数为KC=2.0，TI=0.03，TD=0.01，超调量大。TI增大为0.1min，超调量减小。KC和TI不变，TD减小到0.00，超调量增大。所以适当的微分能减小超调量。KC和TI不变，TD=0.08，超调量比TD=0.01时大，反应迟缓。

令TI=0.1，TD=0.00（PI），KC=0.7比KC=2.5的超调量小，但是上升时间长。实际的PID控制程序不需要调用子程序“被控对象”，

将增益由0.7增大到1.5，减少了上升时间，但是超调量增大到16%。将积分时间增大到0.3min，超调量减小到13%。但是因为减弱了积分作用，在设定值减小后，过程变量下降的速度太慢。

将TI减小到0.15min，反复调节微分时间，在0.01min时效果较好。

7.3PID参数自整定7.3.1自整定的基本方法与自整定过程

起动自整定之前，控制过程应处于稳定状态，过程变量应接近设定值。自动确定了滞后值和偏差值之后，PID的输出量多次阶跃变化，开始执行自整定过程。自整定过程完成后，回路的输出将恢复到初始值，开始正常的PID计算。7.3.2PID参数自整定实验1．实验的准备工作

将例程“PID参数自整定”下载到CPU，令PLC处于RUN模式。全部采用自整定默认的参数设置，自动计算滞后和偏差值。被控对象的增益为3.0，两个惯性环节的时间常数为2s和5s。采样周期为0.2s。令I0.0为ON，采用“自动调节”模式。用I0.3外接的小开关使给定值SP在0.0%和70.0%之间切换。

将增益由0.7增大到1.5，减少了上升时间，但是超调

2．第一次PID参数自整定实验演示增益为2.0、积分时间为0.025min，微分时间为0.005min。

用I0.3外接的小开关使设定值SP从0.0%跳变到70.0%，过程变量PV曲线的超调量太大，衰减震荡的时间太长。在过程变量曲线PV沿设定值SP曲线上下小幅波动，这两条曲线几乎重合时，单击“开始自动调节”按钮，启动自动整定过程。

显示“调节算法正常完成。按下更新CPU按钮接受建议的调节参数”时，进入正常的PID控制，“调节参数”区的“计算值”列给出了PID参数的建议值。

单击“更新CPU”按钮，将“计算值”列的推荐参数写入CPU。令I0.3为OFF，PV曲线下降到0后，再令I0.3为ON，设定值阶跃变化到70%，超调量减小。为了进一步减小超调量，可切换到手动调节，增大积分时间。3．第二次PID参数自整定实验演示增益为0.5，积分时间为0.5min，微分时间为0.1min。没有超调，但是响应过于迟缓。自整定过程与第一次相同。

两次实验的初始参数相差甚远，参数整定前的响应曲线也是天差地别。自整定得到的推荐参数值却相差很小。2．第一次PID参数自整定实验演示第8章PLC应用中的一些问题8.1PLC控制系统的可靠性措施

8.1.1硬件的可靠性措施1．电源的抗干扰措施

干扰较强时，可以在PLC的电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，或使用抗干扰电源和净化电源产品。

2．布线的抗干扰措施

PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线。长距离数字量信号、模拟量信号、高速信号和通信应使用屏蔽电缆。中性线与火线、公共线与信号线应成对布线。

模拟量信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线（每对双绞线和整个电缆都有屏蔽层）。不同的模拟量信号线应独立走线，不要把不同的模拟量信号置于同一个公共返回线。I/O线与电源线、交流信号与直流信号、数字量与模拟量I/O线应分开敷设。DC24V和AC220V信号不要共用同一条电缆。第8章PLC应用中的一些问题

远程传送的模拟量信号应采用4～20mA的电流传输方式。干扰较强的环境应选用有光隔离的模拟量I/O模块。应短接未使用的A-D通道的输入端，以防止干扰信号进入PLC。

3．PLC的接地1）安全保护地又叫做电磁兼容性地，车间里一般有保护接地网络。应将电动机的外壳和控制屏的金属屏体连接到安全保护地。CPU模块上的PE（保护接地）端子必须连接到大地或者柜体上。2）信号地（或称控制地、仪表地）是电子设备的电位参考点，例如PLC输入回路电源的负极应接到信号地。应使用等电位连接导线连接各控制屏，西门子推荐的导线截面积为16mm2。控制系统中所有的控制设备需要接信号地的端子应保证一点接地。如果将各控制屏或设备的信号地就近连接到当地的安全保护地网络上，烧电焊可能烧毁设备的通信接口或通信模块。

一般情况下数字信号电缆的屏蔽层应两端接地。模拟量电缆的屏蔽层可以在控制柜一端接地，另一端通过一个高频小电容接地。远程传送的模拟量信号应采用4～20mA的电流传输方式

4．防止变频器干扰的措施

变频器已经成为PLC最常见的干扰源。变频器的输入、输出电流含有丰富的高次谐波，它通过电力线干扰其他设备。可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器，或安装谐波滤波器（见图8-1），以吸收谐波，抑制高频谐波电流。PLC的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设，变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设。变频器应使用专用接地线，且用粗短线接地。5．强烈干扰环境中的隔离措施

强烈的干扰可能使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光，使PLC产生误动作。可以用小型继电器来隔离用长线引入PLC的开关量信号。长距离的串行通信信号可以用光纤来传输和隔离，或使用带光耦合器的通信接口。4．防止变频器干扰的措施5．强烈干扰环境6．PLC输出的可靠性措施

负载要求的输出功率超过PLC的允许值或负载电压为DC220V时，应设置外部继电器。7．感性负载的处理PLC内控制感性负载的触点或电子元件断开时，电路中会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势，对系统产生干扰。PLC的输出端接有感性元件时，直流电路可以在负载两端并联型号为IN4001的续流二极管，要求提高关断速度时，可以串接一个稳压管。交流电路应在负载两端并联阻容电路，要求较高时，可以在负载两端并联压敏电阻。8.1.2故障的检测与诊断的编程

为了及时发现故障和保护系统，可以用梯形图程序实现故障的自诊断和自动处理。

6．PLC输出的可靠性措施8.1.2故1．逻辑错误检测

某龙门刨床在前进运动时如果碰到“前进减速”行程开关I0.4，将进入步M0.2，工作台减速前进。碰到“前进换向”行程开关I0.2，将进入再下一步。

在前进步M0.1，如果没有碰到前进减速行程开关，就碰到了前进换向行程开关，说明前进减速行程开关出现了故障。这时转换条件

满足，将从步M0.1转换到步M0.6，工作台停止运行，并用触摸屏显示“前进减速行程开关故障”。操作人员按下故障复位按钮I1.2后，故障信息被清除，系统返回初始步。2．超时检测

机械设备在各工步的动作所需的时间一般是固定的。在图8-3中的减速前进步M0.2，用定时器T33监视步M0.2的运行情况，T33的设定值比减速前进步正常运行的时间略长，正常运行时T33不会动作。如果前进换向行程开关I0.2出现故障，在T33设置的时间到时，T33的常开触点闭合，系统由步M0.2转换到步M0.7，工作台停止运行，触摸屏显示“前进换向行程开关故障”。1．逻辑错误检测2．超时检测8.2PLC在变频器控制中的应用8.2.1变频器的输出频率控制1．PLC控制变频器输出频率的方法1）用PLC的模拟量输出模块提供频率给定信号，硬件接线简单，模拟量输出模块价格较高。2）用PLC的开关量输出信号有级调节频率，接线简单，抗干扰能力强，可以满足大多数系统的要求。3）用串行通信提供频率给定信号，通过通信，还可以传送大量的参数设置信息和状态信息。2．V20变频器的连接宏与应用宏

西门子的基本型变频器SINAMICSV20输出功率为0.12～15kW。V20可以通过RS-485通信端口，使用USS协议与西门子PLC进行通信。

连接宏（见表8-2）类似于配方，提供了硬件接线图和有关参数的预设值。

应用宏针对某些特定应用提供一组相应的参数设置。有水泵、风机、压缩机和传送带这4个应用宏。用户可以选择一种应用宏，然后根据需要更改参数。8.2PLC在变频器控制中的应用3．变频器的参数设置V20用内置的基本操作面板（简称为BOP）来设置参数。表8-3是在连接宏Ch003的参数基础上设置的V20的参数。4．用按钮切换电动机的多段转速

图8-6中Q0.0通过DI1控制V20的起动/停止，Q0.1～Q0.3通过DI2～DI4选择固定频率值0～2。DI2～DI4同时有两个或3个为1（ON）时，频率给定值等于为1的DI对应的频率值之和（见表8-3）。3．变频器的参数设置

按一次“加段号”按钮SB1，转速的段号加1，第7段时按“加段号”按钮段号不变。按一次“减段号”按钮SB2，段号减1，第0段时按“减段号”按钮段号不变。段号用一只7段LED共阴极显示器来显示，用共阳极7段译码驱动芯片4547来控制7段显示器。

无故障时I0.3为OFF。按一次“加段号”按钮SB1，转速的段号加1，第7段时LD I0.2 //起动命令为ONAN I0.3 //且变频器没有故障= Q0.0 //起动变频器运行

LD SM0.1MOVB 0,MB10 //开机时设置段号的初始值LD I0.0EU //在I0.0的上升沿AB< MB10,7//并且MB10的段号值小于7INCB MB10 //段号MB10加1LD I0.1EU //在I0.1的上升沿AB> MB10,0//并且MB10的段号值大于0DECB MB10//段号MB10减1LD M10.0= Q0.1//段号送变频器= Q0.4//段号送显示器LD M10.1= Q0.2 //段号送变频器= Q0.5 //段号送显示器LD M10.2= Q0.3//段号送变频器= Q0.6//段号送显示器LD I0.2 //起动命令为ON5．用4位二进制数选择固定频率值V20还可以用DI1～DI4组成选择固定频率值的4位二进制数，DI1为最低位，DI4为最高位。4位二进制数对应于十进制数0～15，其中0对应频率0Hz，1～15分别选择设置的固定频率1～固定频率15。任意一个DI为ON时，变频器均起动运行；所有的DI均为OFF时，变频器才停止运行。教材提供的V20的参数预设值与连接宏Ch003的基本上相同。8.2.2用PLC切换电动机的变频电源和工频电源1．单台电动机的电源切换

接触器KM1和KM2动作时，为变频运行；KM3动作时，工频电源直接接到电动机上。工频电源如果接到变频器的输出端，将会损坏变频器，在PLC的输出电路中，用KM2和KM3的常闭触点组成硬件互锁电路。

工频运行时用热继电器FR提供过载保护。

（1）工频运行

工频运行时I0.4为ON，按下“电源接通”按钮，I0.0变为ON，Q0.2使KM3动作，电动机在工频电压下起动并运行。

工频运行时I0.4的常闭触点断开，按下“电源断开”按钮，I0.1的常闭触点断开，使KM3失电，电动机停止运行。电动机过载时I0.7变为OFF，Q0.2线圈断电，电动机也会停止运行。5．用4位二进制数选择固定频率值S7-200-SMART-PLC-应用教程-教学课件-作者-廖常初-第78章S7-200-SMART-PLC-应用教程-教学课件-作者-廖常初-第78章

（2）变频运行

变频运行时I0.5为ON，按下“电源接通”按钮，I0.0变为ON，Q0.0和Q0.1的线圈通电，接通了变频器的电源，并将电动机接至变频器的输出端。

按下变频起动按钮，I0.2变为ON，Q0.4的线圈通电，电动机在变频模式运行。Q0.4的常开触点闭合，使断开电源按钮I0.1的常闭触点不起作用，以防止在变频运行时切断变频器的电源。

按下变频停止按钮，I0.3的常闭触点断开，Q0.4的线圈断电，电动机减速停机。

（3）故障时自动切换电源

变频器出现故障时，I1.0变为ON，Q0.4的线圈断电，变频器停止工作；QO.1和Q0.0的线圈断电，断开变频器的电源和输出。另一方面，I1.0使Q0.3线圈通电并保持，开始报警。同时T37开始定时，定时时间到时，使Q0.2的线圈通电并保持，电动机自动切换到工频运行状态。

操作人员接到报警信号后，将SA1扳到“工频模式”位置，I0.4为ON，使控制系统正式进入工频运行模式。Q0.3的线圈断电，停止声光报警。

处理完变频器的故障，重新通电后，应按下故障复位按钮，I0.6变为ON，Q0.5线圈通电，使变频器的故障状态复位。（2）变频运行2．互为备用的两台电动机的工频/变频电源切换

两台电动机互为备用，同时只使用一台设备，两台电动机都能用工频电源或变频电源驱动。因为要使用工频电源，所以对每台电动机均应配备用于过载保护的热继电器。用KM1、KM2和KM3实现工频和变频电源的切换，用KM4和KM5实现两台电动机的切换。应在PLC的输入回路增加选择电动机M1或M2的两位置旋钮开关。在PLC的输出回路中，除了KM2和KM3之间的硬件互锁电路之外，还应设置KM4和KM5之间的硬件互锁电路，以保证同时只有一台电动机运行。2．互为备用的两台电动机的工频/变频电源切换8.3触摸屏的组态与应用8.3.1人机界面与触摸屏1．人机界面

人机界面（HMI）是用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。2．触摸屏

触摸屏是人机界面的发展方向，用户可以在触摸屏的屏幕上生成满足自己要求的触摸式按键。现在使用的基本上都是TFT液晶显示器。3．人机界面的工作原理

（1）对监控画面组态

用组态软件对人机界面组态，生成满足用户要求的人机界面的画面，实现人机界面的各种功能。

（2）编译和下载项目文件

编译成功后，需要将可执行文件下载到人机界面的存储器中。

（3）运行阶段

人机界面与PLC之间通过通信来交换信息，从而实现人机界面的各种功能。8.3触摸屏的组态与应用4．SMARTLINEIE触摸屏SMART700IE和SMART1000IE是专门与S7-200和S7-200SMART配套的触摸屏，显示器的对角线分别为7in和10in。采用800×480高分辨率宽屏、64KB色真彩色显示。集成了以太网端口和RS-422/485端口。SMART700IE的价格便宜，具有很高的性能价格比。西门子人机界面组态和应用的详细方法见编者写的《西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术》第2版。SMART700IE用WinCCflexible2008SP4组态。8.3.2生成项目与组态变量1．创建WinCCflexible的项目

打开WinCCflexible项目向导，单击其中的选项“创建一个空项目”。在出现的“设备选择”对话框中，用鼠标双击文件夹“SmartLine”中的Smart700IE，创建一个新的项目。

用鼠标双击项目视图中的某个对象，将会在中间的工作区打开对应的编辑器。单击工作区上面的某个编辑器标签，将会显示对应的编辑器。

单击右边工具箱中的“简单对象”、“增强对象”、“图形”和“库”，将打开对应的文件夹。工具箱包含过程画面经常使用的对象。工具箱内有哪些对象与人机界面的型号有关。4．SMARTLINEIE触摸屏S7-200-SMART-PLC-应用教程-教学课件-作者-廖常初-第78章2．组态连接

单击项目视图中的“连接”，打开“连接”编辑器，用鼠标双击连接表的第一行，自动生成的连接默认的名称为“连接_1”，默认的通信驱动程序为“SIMATICS7-200”。连接表的下面是连接属性视图，用“参数”选项卡设置“接口”为以太网，PLC和HMI设备的IP地址分别为192.168.2.1和192.168.2.3，其余的参数使用默认值。

3．画面的生成与组态

生成项目后，自动生成和打开一个名为“画面_1”的空白画面。选中画面编辑器下面的属性对话框左边的“常规”类别，将画面名称修改为“初始画面”。单击“背景色”选择框的按钮，用出现的颜色列表将画面的背景色改为白色。用工具栏上的按钮将画面缩小。4．PLC的程序M0.0和M0.1是触摸屏上的按钮产生的起动信号和停止信号。PLC进入RUN模式时，将定时器T37的预置值传送给VW2，T37和它的常闭触点组成了一个锯齿波发生器，T37的当前值按锯齿波变化。用触摸屏显示VW0中T37的当前值，和修改VW2中T37的预设值。用画面上的指示灯显示Q0.0的状态。2．组态连接5．变量的组态

外部变量是PLC存储单元的映像，其值随PLC程序的执行而改变。人机界面和PLC都可以访问外部变量。内部变量仅用于人机界面。内部变量用名称来区分，没有地址。

用鼠标双击项目窗口中的“变量”图标，打开变量编辑器。用鼠标双击变量表的第一行，将会自动生成一个新的变量，然后修改变量的参数。在“数据类型”列的列表中选择变量的数据类型。Int为有符号的16位整数，Bool为用于数字量的二进制位。“连接_1”表示是与HMI连接的S7-200SMART中的变量。5．变量的组态8.3.3组态指示灯与按钮1．组态指示灯

指示灯用来显示位变量“电动机”的状态。将工具箱的“简单对象”中的“圆”拖到画面上希望的位置。松开左键，对象被放在当前所在的位置。用画面下面的属性视图设置其边框为黑色，边框宽度为6个像素点，填充色为深绿色，通过动画功能，使指示灯在变量“电动机”为0和1时的颜色分别为深绿色和绿色。2．用鼠标改变对象的位置和大小3．生成按钮

将工具箱中的“简单对象”的按钮图标

拖放到画面上。调整按钮的位置和大小。4．设置按钮的属性

单击选中生成的按钮，选中属性视图的“常规”类别，用单选框选中“按钮模式”和“文本”域中的“文本”。将“‘OFF’状态文本”中的Text修改为“起动”。

选中属性视图左边窗口“属性”类别的“文本”子类别，设置按钮上文本的字体为宋体、24个像素点。水平对齐方式为“居中”，垂直对齐方式为“中间”。8.3.3组态指示灯与按钮5．按钮功能的设置

选中属性视图的“事件”类别中的“按下”子类别，单击右边窗口最上面一行右侧隐藏的按钮

，选中系统函数列表的“编辑位”文件夹中的函数“SetBit”（置位）。单击表中第2行右侧隐藏的按钮，打开变量表，单击其中的变量“起动按钮”（M0.0）。在运行时按下该按钮，将变量“起动按钮”置位为ON。用同样的方法，设置在释放该按钮时调用系统函数“ResetBit”，将变量“起动按钮”复位为OFF。该按钮具有点动按钮的功能。

用“复制”和“粘贴”功能生成一个相同的按钮。用鼠标调节它在画面上的位置，将按钮上的文本修改为“停止”。组态在按下和释放按钮时分别将变量“停止按钮”置位和复位。5．按钮功能的设置8.3.4组态文本域与IO域1．生成与组态文本域

将工具箱中标有“A”的文本域图标拖放到画面上。单击生成的文本域，选中属性视图的“常规”类别，在右边窗口的文本框中键入“T37当前值”。选中属性视图左边窗口“属性”类别中的“外观”子类别，在右边窗口修改文本的颜色、背景色和填充样式。可以用“边框”域中的“样式”选择框选择有、无边框。单击“属性”类别中的“布局”子类别，选中右边窗口中的“自动调整大小”复选框。选中左边窗口“属性”类别中的“文本”子类别，设置文字的大小和对齐方式。

选中画面上生成的文本域，执行复制和粘贴操作，生成文本域“T37预设值”和“电动机”，然后修改它们的边框和背景色。2．生成与组态IO域

将工具箱中的IO域图标

拖放到画面上，选中生成的IO域。单击属性视图的“常规”类别，用“模式”选择框设置IO域为输出域，连接的过程变量为“当前值”。采用默认的格式类型“十进制”，设置“格式样式”为99999（5位整数）。设置IO域的外观和文本的格式。

选中生成的IO域，执行复制和粘贴操作。设置该IO域连接的变量为“T37预设值”，模式为输入/输出，其余的参数不变。8.3.4组态文本域与IO域8.3.5用控制面板设置触摸屏的参数

将Smart700IE组态为用以太网端口下载项目文件，用RS-485与PLC通信。1．启动触摸屏

接通电源后，Smart700IE的屏幕点亮，几秒后显示进度条。启动后出现“装载程序”对话框。如果触摸屏已经装载了项目，在出现装载对话框后经过设置的延时时间，将自动打开项目。2．控制面板Smart700IE用控制面板设置触摸屏的各种参数。单击图8-19中的“ControlPanel”按钮，打开触摸屏的控制面板。8.3.5用控制面板设置触摸屏的参数

3．设置以太网端口的通信参数

双击控制面板的“Ethernet”图标，打开以太网设置对话框。用单选框选中“SpecifyanIPaddress”（用户指定IP地址）。输入IP地址192.168.1.3，“SubnetMask”（子网掩码）是自动生成的。不用输入“Def.Gateway”（网关）。选中复选框“AutoNegotiation”（复选框中出现叉），激活自动检测和设置以太网的连接模式和传输速率，同时激活“自动交叉”功能。

采用MODE选项卡默认的以太网的传输速率10Mbit/s和默认的通信连接“Half-Duplex”（半双工）。单击“OK”按钮，关闭对话框并保存设置。3．设置以太网端口的通信参数4．传输设置

双击控制面板中的“Transfer”图标，打开“传输设置”对话框。选中“Channel2”（通道2）域以太网（Ethernet）通信的“EnableChannel”（激活通道）和“RemoteControl”（远程控制）多选框，HMI和PLC通过以太网通信。4．传输设置8.3.6PLC与触摸屏通信的实验1．设置WinCCflexible与触摸屏通信的参数

单击WinCCflexible工具栏上的

按钮，打开“选择设备进行传送”对话框，设置通信模式为以太网。将Smart700IE的IP地址设置为192.168.1.3，应与用Smart700IE的控制面板和WinCCflexible的“连接”编辑器中设置的IP地址相同。

2．下载项目文件到HMI

用以太网电缆连接计算机和触摸屏的以太网端口，单击“选择设备进行传送”对话框中的“传送”按钮，项目编译成功后，该项目将被传送到触摸屏。下载成功后，Smart700IE自动返回运行状态，显示下载的项目的初始画面。3．将程序下载到PLC打开例程“HMI测试”，用以太网将程序和系统块下载到S7-200SMART。

4．系统运行实验

关闭Smart700IE和S7-200SMART的电源，用以太网电缆连接它们。接通它们的电源，S7-200SMART进入运行模式。

触摸屏显示出初始画面后，可以看到PLC中T37的预设值100，和0～100之间不断变化的T37的当前值，在达到预设值时又从0开始增大。8.3.6PLC与触摸屏通信的实验

单击画面上“T37预设值”右侧的输入/输出域，画面上出现一个数字键盘。键入200，按确认键后传送给PLC中保存T37预设值的VW2。屏幕显示的T37的当前值将在0～200之间变化。

单击画面上的“起动”按钮和“停止”按钮，由于PLC程序的运行，变量“电动机”（Q0.0）的状态变化，画面上与该变量连接的指示灯被点亮或熄灭。

5．Smart700IE与CPU集成的串口通信的实验随书光盘中S7-200SMART的例程“HMI测试”的系统块中设置的CPU集成的RS-485端口的波特率为187.5kbit/s，PPI站地址采用默认的2号站。用以太网将程序和系统块下载到CPU。WinCCflexible的例程“HMI485通信Port0”与例程“HMI以太网通信”的区别在于“连接”表下面的连接属性视图中的“参数”选项卡的“接口”为“IF1B”，波特率采用默认的187.5kbit/s，HMI和PLC的MPI站地址分别为默认的1和2，其余的参数使用默认值。用以太网将项目文件下载到HMI。在HMI的传输设置对话框，选中“Channel1”（通道1）域中Serial（串行）端口的“EnableChannel”（激活通道）多选框，多选框中出现叉。Smart700IE使用RS-485/422端口与PLC通信。单击画面上“T37预设值”右侧的输入/输出域，画面关闭Smart700IE和S7-200SMART的电源，用PROFIBUS电缆连接它们的RS-485通信端口。接通它们的电源，令S7-200SMART进入运行模式。触摸屏显示出初始画面后，可以看到PLC中T37的预设值100，和不断变化的T37的当前值。实验的方法和步骤与Smart700IE和PLC使用以太网通信的相同。关闭Smart700IE和S7-200SMAR第7章PLC在模拟量闭环控制中的应用

7.1闭环控制与PID控制器7.1.1模拟量闭环控制系统1．模拟量闭环控制系统

被控量c(t)被传感器和变送器转换为标准量程的直流电流、电压信号PV(t)，AI模块中的A-D转换器将它们转换为多位二进制数过程变量PVn。SPn为设定值，误差en

=

SPn

PVn。AO模块的D-A转换器将PID控制器的数字量输出值Mn转换为模拟量M(t)，再去控制执行机构。PID程序的执行是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期TS。

加热炉温度闭环控制系统举例。第7章PLC在模拟量闭环控制中的应用7.1闭环控制2．闭环控制的工作原理

闭环负反馈控制可以使过程变量PVn等于或跟随设定值SPn。假设实际温度值c(t)低于给定的温度值，误差en为正，M(t)将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于设定值。3．变送器的选择AI模块的电压输入端的输入阻抗很高，微小的干扰信号电流将在模块的输入阻抗上产生很高的干扰电压。远程传送的模拟量电压信号的抗干扰能力很差。

电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。AI模块的输入为电流时，输入阻抗较低，例如250。干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，模拟量电流信号适用于远程传送。

四线制电流输出变送器有两根电源线和两根信号线。二线制变送器只有两根外部接线，它们既是电源线，也是信号线，输出4～20mA的信号电流。4．闭环控制反馈极性的确定2．闭环控制的工作原理四线制电流输出变送器有

闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控。

调试时断开AO模块与执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。如果控制器有积分环节，因为反馈被断开了，AO模块的输出会向一个方向变化。这时如果假设接上执行机构，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。

5．闭环控制系统主要性能指标

系统进入并停留在稳态值c(∞)上下±5%（或2％）的误差带内的时间tS称为调节时间。被控量c(t)从0上升，第一次到达稳态值c(∞)的时间称为上升时间tr。

稳态误差是指响应进入稳态后，输出量的期望值与实际值之差。6．闭环控制带来的问题

由于闭环中的滞后因素，PID控制器的参数整定得不好时，阶跃响应曲线将会产生很大的超调量，系统甚至会不稳定。闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，7.1.2PID控制器的数字化1．连续控制系统中的PID控制器KC是回路增益，TI和TD分别是积分时间和微分时间。2．PID控制器的数字化

上式中的积分对应于图7-5中误差曲线e(t)与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。一般用图7-5中的矩形面积之和来近似精确积分。

在误差曲线e(t)上作一条切线，该切线与

x轴正方向的夹角

α的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。TS是采样时间间隔。7.1.2PID控制器的数字化2．PID控制器导数的近似表达式：数字PID控制器输出值的计算公式：导数的近似表达式：数字PID控制器输出值的计算公式：3．反作用调节在开环状态下，PID输出值控制的执行机构的输出增加使被控量增大的是正作用（加热炉）；使被控量减小的是反作用（空调压缩机）。把PID回路的增益KC设为负数，就可以实现PID反作用调节。3．反作用调节7.1.3PID指令向导的应用1．用PID指令向导生成PID程序

双击项目树“向导”文件夹中的“PID”，打开“PID指令向导”对话框，完成每一步的操作后，单击“下一步>”按钮。1）设置PID回路的编号（0～7）为0。2）设置回路给定值范围和回路参数。比例增益为2.0，积分时间为0.03min，微分时间为0.01min，采样时间为0.2s。

3）设置回路输入量（过程变量PV）和回路输出量的极性均为默认的单极性，范围为默认的0～32000。4）启用过程变量PV的上限报警功能，上限值为95%。5）设置用来保存组态数据的120B的V存储区的起始地址为VB200。6）采用默认的初始化子程序和中断程序的名称，选中多选框“增加PID手动控制”。2．回路表见表7-1。3.PID控制的模式不执行PID运算时为“手动”模式。7.1.3PID指令向导的应用7.2PID控制器的参数整定方法7.2.1PID参数的物理意义1．对比例控制作用的理解PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。如果增益太小，调节的力度不够，使调节时间过长。如果增益过大，调节力度太强，造成调节过头，使被控量来回震荡，超调量过大。如果闭环系统没有积分作用，单纯的比例控制的稳态误差与增益成反比，很难兼顾动态性能和静态性能。2．对积分控制作用的理解积分控制根据当时的误差值，每个采样周期都要微调PID的输出。只要误差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。积分部分的作用是消除稳态误差，提高控制精度。积分有滞后特性，积分作用太强，会使系统的动态性能变差，超调量增大。积分作用太弱，消除稳态误差的速度太慢。3．对微分控制作用的理解微分项与误差的变化速率成正比，微分部分反映了被控量变化的趋势。7.2PID控制器的参数整定方法

在图7-11中启动过程的上升阶段，被控量尚未超过其稳态值，超调还没有出现。但是因为被控量不断增大，误差e(t)不断减小，控制器输出量的微分分量为负，使控制器的输出量减小，相当于减小了温度控制系统加热的功率，提前给出了制动作用，以阻止温度上升过快。因此微分具有超前和预测的作用，适当的微分控制作用可以减小超调量，缩短调节时间。微分作用太强（TD太大），将会使响应曲线变化迟缓。在图7-11中启动过程的上升阶段，被控量尚未超过其4．采样周期的确定确定采样周期时，应保证在被控量迅速变化的区段，有足够多的采样点，以保证不会因为采样点过稀而丢失被采集的模拟量中的重要信息。7.2.2PID参数整定的规则1．PID参数的整定方法1）为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。给系统输入一个阶跃给定信号，观察系统输出量的波形。由PV的波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。2）如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能进入稳态或者根本不稳定，应减小控制器的增益KC或增大积分时间TI。如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整上述参数。3）如果消除误差的速度较慢，应适当减小积分时间，增强积分作用。4）反复调节增益和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分作用，即采用PID控制。微分时间TD从0逐渐增大，反复调节KC、TI和TD，直到满足要求。需要注意的是在调节增益KC时，同时会影响到积分分量和微分分量的值，而不是仅仅影响到比例分量。4．采样周期的确定5）如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长（上升缓慢），可以适当增大增益KC。如果因此使超调量增大，可以通过增大积分时间和调节微分时间来补偿。

2．怎样确定PID控制器的初始参数值

为了保证系统的安全，避免在首次投入运行时出现系统不稳定或超调量过大的异常情况，在第一次试运行时增益不要太大，积分时间不要太小，以保证不会出现较大的超调量。试运行后根据响应曲线的特征和调整PID控制器参数的规则，来修改控制器的参数。7.2.3PID控制器参数整定的实验

2．被控对象仿真的S7-200SMARTPID闭环程序用作者编写的子程序“被控对象”来模拟PID闭环中的被控对象（见图7-12），被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节，其增益为GAIN，3个惯性环节的时间常数分别为TIM1～TIM3。DISV是系统的扰动输入值。

5）如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长（上升主程序中T37和T38组成了方波振荡器，用来提供周期为60s、幅值为20.0%和70.0%的方波设定值。在主程序中调用PID向导生成的子程序PID0_CTRL。CPU按PID向导中组态的采样周期调用PID中断程序PID_EXE，在PID_EXE中执行PID运算。PID_EXE占用了定时中断0，模拟被控对象的中断程序INT_0使用定时中断1。

设定值Setpoint_R是以百分数为单位的浮点数。Auto_Manual（I0.0）为ON时为自动模式。主程序中T37和T38组成了方波振荡器，用来提供周期S7-200-SMART-PLC-应用教程-教学课件-作者-廖常初-第78章

实际的PID控制程序不需要调用子程序“被控对象”，在主程序中只需要调用子程序PID0_CTRL，其输入参数PV_I应为实际使用的AI模块的通道地址（例如AIW0），其输出参数Output应为实际使用的AO模块的通道地址（例如AQW0）。

3．PID整定控制面板操作要点：用左边窗口选中要调试的回路，接通I0.0外接的小开关，出现3条曲线。选中多选框“启用手动调节”

在右边的“调节参数”区的“计算值”列输入新的参数，单击“更新CPU”按钮，将参数写入PLC。4．PID闭环控制仿真演示

初始参数为KC=2.0，TI=0.03，TD=0.01，超调量大。TI增大为0.1min，超调量减小。KC和TI不变，TD减小到0.00，超调量增大。所以适当的微分能减小超调量。KC和TI不变，TD=0.08，超调量比TD=0.01时大，反应迟缓。

令TI=0.1，TD=0.00（PI），KC=0.7比KC=2.5的超调量小，但是上升时间长。实际的PID控制程序不需要调用子程序“被控对象”，

将增益由0.7增大到1.5，减少了上升时间，但是超调量增大到16%。将积分时间增大到0.3min，超调量减小到13%。但是因为减弱了积分作用，在设定值减小后，过程变量下降的速度太慢。

将TI减小到0.15min，反复调节微分时间，在0.01min时效果较好。

7.3PID参数自整定7.3.1自整定的基本方法与自整定过程

起动自整定之前，控制过程应处于稳定状态，过程变量应接近设定值。自动确定了滞后值和偏差值之后，PID的输出量多次阶跃变化，开始执行自整定过程。自整定过程完成后，回路的输出将恢复到初始值，开始正常的PID计算。7.3.2PID参数自整定实验1．实验的准备工作

将例程“PID参数自整定”下载到CPU，令PLC处于RUN模式。全部采用自整定默认的参数设置，自动计算滞后和偏差值。被控对象的增益为3.0，两个惯性环节的时间常数为2s和5s。采样周期为0.2s。令I0.0为ON，采用“自动调节”模式。用I0.3外接的小开关使给定值SP在0.0%和70.0%之间切换。

将增益由0.7增大到1.5，减少了上升时间，但是超调

2．第一次PID参数自整定实验演示增益为2.0、积分时间为0.025min，微分时间为0.005min。

用I0.3外接的小开关使设定值SP从0.0%跳变到70.0%，过程变量PV曲线的超调量太大，衰减震荡的时间太长。在过程变量曲线PV沿设定值SP曲线上下小幅波动，这两条曲线几乎重合时，单击“开始自动调节”按钮，启动自动整定过程。

显示“调节算法正常完成。按下更新CPU按钮接受建议的调节参数”时，进入正常的PID控制，“调节参数”区的“计算值”列给出了PID参数的建议值。

单击“更新CPU”按钮，将“计算值”列的推荐参数写入CPU。令I0.3为OFF，PV曲线下降到0后，再令I0.3为ON，设定值阶跃变化到70%，超调量减小。为了进一步减小超调量，可切换到手动调节，增大积分时间。3．第二次PID参数自整定实验演示增益为0.5，积分时间为0.5min，微分时间为0.1min。没有超调，但是响应过于迟缓。自整定过程与第一次相同。

两次实验的初始参数相差甚远，参数整定前的响应曲线也是天差地别。自整定得到的推荐参数值却相差很小。2．第一次PID参数自整定实验演示第8章PLC应用中的一些问题8.1PLC控制系统的可靠性措施

8.1.1硬件的可靠性措施1．电源的抗干扰措施

干扰较强时，可以在PLC的电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，或使用抗干扰电源和净化电源产品。

2．布线的抗干扰措施

PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线。长距离数字量信号、模拟量信号、高速信号和通信应使用屏蔽电缆。中性线与火线、公共线与信号线应成对布线。

模拟量信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线（每对双绞线和整个电缆都有屏蔽层）。不同的模拟量信号线应独立走线，不要把不同的模拟量信号置于同一个公共返回线。I/O线与电源线、交流信号与直流信号、数字量与模拟量I/O线应分开敷设。DC24V和AC220V信号不要共用同一条电缆。第8章PLC应用中的一些问题

远程传送的模拟量信号应采用4～20mA的电流传输方式。干扰较强的环境应选用有光隔离的模拟量I/O模块。应短接未使用的A-D通道的输入端，以防止干扰信号进入PLC。

3．PLC的接地1）安全保护地又叫做电磁兼容性地，车间里一般有保护接地网络。应将电动机的外壳和控制屏的金属屏体连接到安全保护地。CPU模块上的PE（保护接地）端子必须连接到大地或者柜体上。2）信号地（或称控制地、仪表地）是电子设备的电位参考点，例如PLC输入回路电源的负极应接到信号地。应使用等电位连接导线连接各控制屏，西门子推荐的导线截面积为16mm2。控制系统中所有的控制设备需要接信号地的端子应保证一点接地。如果将各控制屏或设备的信号地就近连接到当地的安全保护地网络上，烧电焊可能烧毁设备的通信接口或通信模块。

一般情况下数字信号电缆的屏蔽层应两端接地。模拟量电缆的屏蔽层可以在控制柜一端接地，另一端通过一个高频小电容接地。远程传送的模拟量信号应采用4～20mA的电流传输方式

4．防止变频器干扰的措施

变频器已经成为PLC最常见的干扰源。变频器的输入、输出电流含有丰富的高次谐波，它通过电力线干扰其他设备。可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器，或安装谐波滤波器（见图8-1），以吸收谐波，抑制高频谐波电流。PLC的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设，变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设。变频器应使用专用接地线，且用粗短线接地。5．强烈干扰环境中的隔离措施

强烈的干扰可能使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光，使PLC产生误动作。可以用小型继电器来隔离用长线引入PLC的开关量信号。长距离的串行通信信号可以用光纤来传输和隔离，或使用带光耦合器的通信接口。4．防止变频器干扰的措施5．强烈干扰环境6．PLC输出的可靠性措施

负载要求的输出功率超过PLC的允许值或负载电压为DC220V时，应设置外部继电器。7．感性负载的处理PLC内控制感性负载的触点或电子元件断开时，电路中会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势，对系统产生干扰。PLC的输出端接有感性元件时，直流电路可以在负载两端并联型号为IN4001的续流二极管，要求提高关断速度时，可以串接一个稳压管。交流电路应在负载两端并联阻容电路，要求较高时，可以在负载两端并联压敏电阻。8.1.2故障的检测与诊断的编程

为了及时发现故障和保护系统，可以用梯形图程序实现故障的自诊断和自动处理。

6．PLC输出的可靠性措施8.1.2故1．逻辑错误检测

某龙门刨床在前进运动时如果碰到“前进减速”行程开关I0.4，将进入步M0.2，工作台减速前进。碰到“前进换向”行程开关I0.2，将进入再下一步。

在前进步M0.1，如果没有碰到前进减速行程开关，就碰到了前进换向行程开关，说明前进减速行程开关出现了故障。这时转换条件

满足，将从步M0.1转换到步M0.6，工作台停止运行，并用触摸屏显示“前进减速行程开关故障”。操作人员按下故障复位按钮I1.2后，故障信息被清除，系统返回初始步。2．超时检测

机械设备在各工步的动作所需的时间一般是固定的。在图8-3中的减速前进步M0.2，用定时器T33监视步M0.2的运行情况，T33的设定值比减速前进步正常运行的时间略长，正常运行时T33不会动作。如果前进换向行程开关I0.2出现故障，在T33设置的时间到时，T33的常开触点闭合，系统由步M0.2转换到步M0.7，工作台停止运行，触摸屏显示“前进换向行程开关故障”。1．逻辑错误检测2．超时检测8.2PLC在变频器控制中的应用8.2.1变频器的输出频率控制1．PLC控制变频器输出频率的方法1）用PLC的模拟量输出模块提供频率给定信号，硬件接线简单，模拟量输出模块价格较高。2）用PLC的开关量输出信号有级调节频率，接线简单，抗干扰能力强，可以满足大多数系统的要求。3）用串行通信提供频率给定信号，通过通信，还可以传送大量的参数设置信息和状态信息。2．V20变频器的连接宏与应用宏

西门子的基本型变频器SINAMICSV20输出功率为0.12～15kW。V20可以通过RS-485通信端口，使用USS协议与西门子PLC进行通信。

连接宏（见表8-2）类似于配方，提供了硬件接线图和有关参数的预设值。

应用宏针对某些特定应用提供一组相应的参数设置。有水泵、风机、压缩机和传送带这4个应用宏。用户可以选择一种应用宏，然后根据需要更改参数。8.2PLC在变频器控制中的应用3．变频器的参数设置V20用内置的基本操作面板（简称为BOP）来设置参数。表8-3是在连接宏Ch003的参数基础上设置的V20的参数。4．用按钮切换电动机的多段转速

图8-6中Q0.0通过DI1控制V20的起动/停止，Q0.1～Q0.3通过DI2～DI4选择固定频率值0～2。DI2～DI4同时有两个或3个为1（ON）时，频率给定值等于为1的DI对应的频率值之和（见表8-3）。3．变频器的参数设置

按一次“加段号”按钮SB1，转速的段号加1，第7段时按“加段号”按钮段号不变。按一次“减段号”按钮SB2，段号减1，第0段时按“减段号”按钮段号不变。段号用一只7段LED共阴极显示器来显示，用共阳极7段译码驱动芯片4547来控制7段显示器。

无故障时I0.3为OFF。按一次“加段号”按钮SB1，转速的段号加1，第7段时LD I0.2 //起动命令为ONAN I0.3 //且变频器没有故障= Q0.0 //起动变频器运行

LD SM0.1MOVB 0,MB10 //开机时设置段号的初始值LD I0.0EU //在I0.0的上升沿AB< MB10,7//并且MB10的段号值小于7INCB MB10 //段号MB10加1LD I0.1EU //在I0.1的上升沿AB> MB10,0//并且MB10的段号值大于0DECB MB10//段号MB10减1LD M10.0= Q0.1//段号送变频器= Q0.4//段号送显示器LD M10.1= Q0.2 //段号送变频器= Q0.5 //段号送显示器LD M10.2= Q0.3//