西门子S7-1500 PLC技术及应用 课件 第6章 S7-1500 PLC的工艺指令应用

点击此处结束放映电子教案《西门子S7-1500PLC技术及应用》第6章S7-1500PLC的工艺指令应用点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》

PID控制的功能与编程6.1高速计数模块的功能与编程6.2《西门子S7-1500PLC技术及应用》点击此处结束放映运动控制的功能与编程6.3

PID控制的功能与编程6.1点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.1.1PID控制概述点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》如图所示自动控制系统，包含输入量、控制器、扰动量、被控对象、检测单元等。控制器通过输入值和反馈值的偏差，控制执行机构，从而对被控对象进行自动调节。控制器类型多种多样，PID控制器在目前的工业控制系统中广泛使用。6.1.1PID控制概述点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控器是应用最广泛的一种自动控制方式。P是比例，是输入偏差乘以一个系数。I是积分，是对输入偏差在时间上进行积分运算。D是微分，是对输入偏差进行微分运算。6.1.1PID控制概述点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》在连续控制系统中，模拟PID的控制规律为：由于PLC只能处理离散数字量，须将模拟量微分方程转化为离散的差分方程。离散化后的差分方程为：6.1.1PID控制概述点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》离散化后的差分方程为：用作PLC编程计算时，将上式表述为递推关系并化简为：6.1.2PID控制器点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》S7-1500PLC的PID控制系统由控制器、传感器、控制元件和被控对象组成。S7-1500PLC的PID控制器通过在TIA博图程序中调用PID工艺指令和组态工艺对象实现PID控制功能。CompactPID指令集包括PID_Compact、PID_3Step和PID_Temp指令；6.1.2PID控制器点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》PID_Compact指令提供一个能工作在手动或自动模式下，具有集成优化功能的PID连续控制器，支持模拟量和脉宽输出。PID_3Step指令可对具有阀门自调节的PID控制器或具有积分行为的执行器进行组态，可组态带位置反馈的三步步进控制器、不带位置反馈的三步步进控制器、具有模拟量输出值的阀门控制器。PID_Temp指令提供了一种可对温度过程进行集成调节的PID控制器，可用于纯加热或加热/制冷应用。6.1.3PID_Compact指令的PID控制示例点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》举例：控制电炉的炉温在一定范围。工作原理：设定电炉温度后，CPU1511-1PN经过PID运算后由自带的模拟量输出模块输出电压信号到控制板，控制板根据该电压信号（弱电）的大小控制电热丝的加热电压（强电）；温度传感器检测电炉内温度，温度信号经控制板处理后输入到模拟量输入模块，再进入CPU1511-1PN参与PID运算，如此循环。整个系统的硬件配置如图6-2所示，编写控制程序。6.1.3PID_Compact指令的PID控制示例点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》举例：控制电炉的炉温在一定范围。图6-2PID控制示例硬件配置点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置S7-1500PLC的硬件配置如图所示，需进行硬件组态。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置AI模块组态如图所示：0通道参数设置为手动；测量电压，范围为+/-10V；点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置AQ模块组态如图所示：0通道参数设置为手动；输出电压，范围为0--10V；点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.添加工艺对象在S7-1500PLC中添加工艺对象的方法有多种，用户可直接在现有的PLC项目树中单击“工艺对象”--“新增对象”，如图所示。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.添加工艺对象新增对象窗口如图所示，对象类型选择“PID”中的“PID_Compact”，会出现PIDCompact[FB1130]选项。工艺对象的数据块DB编号自动选择为1，也可手动添加。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.PID_Compact工艺对象组态可在PLC项目树中查看新添加的PID_Compact工艺对象，出现“组态”和“调试”两个功能。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.PID_Compact工艺对象组态选择“组态”后会出现组态窗口，包含“基本设置”、“过程值设置”和“高级设置”。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（1）基本设置本例中将单位为“℃”的“温度”作为控制器类型。设定过程值为Input_PER（模拟量），Output_PER作为PID_Compact控制器的输出。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（2）过程值设置过程值限值。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（2）过程值设置在过程值标定中设置模拟量输入的下限和上限（0.0——480.0），对应模拟量通道的下限和上限（0——27648）。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（3）高级设置高级设置中的“过程值监视”组态窗口，可组态过程值的警告上限和下限。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（3）高级设置PWM限值组态窗口如图6-13所示，可以组态PID_Compact控制器脉冲输出Output_PWM的最短接通时间和最短关闭时间。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（3）高级设置输出值限值组态窗口，以百分比的形式组态输出值的限值，无论在手动模式还是自动模式，输出值都不会超过该限值。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（3）高级设置PID参数组态窗口，可以手动输入适用于受控系统的PID参数，也可通过控制器自动调节得出PID参数。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.PID_Compact工艺对象组态右键单击项目树中的PID_Compact_1[DB1]，打开的DB编辑器，可进入背景数据块参数表，其输入/输出参数如图所示。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.PID_Compact指令调用在程序中添加循环中断OB（OB30），设定循环时间为100ms。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.PID_Compact指令调用在循环中断OB30中调用PID_Compact指令，选择已配置为PID工艺对象的数据块DB1作为其背景数据块。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》5.PID调试项目下载到PLC后，就可以对PID控制器进行优化调试。优化调试分为预调节和精确调节两种模式，调试时如果直接进行精确调节，会先进性预调节再进行精确调节。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（1）预先调节预调节功能可确定对输出值跳变的过程响应，并搜索拐点。根据受控系统的最大上升速率与死区时间计算PID参数。可在执行预调节和精确调节时获得最佳PID参数。过程值越稳定，PID参数就越容易计算，结果的精度也会越高。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》（2）精确调节如果预调节后的过程值震荡且不稳定，可通过精确调节使过程值出现恒定受限的振荡。PID控制器将以过程值振荡的幅度和频率为操作点来调节PID参数，所有PID参数都根据结果重新计算。精确调节得出的PID参数通常比预调节得出的PID参数具有更好的主控和扰动特性，但调节时间长。结合执行预调节和精确调节，可获得最佳PID参数。6.2高速计数模块的功能与编程点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.2.1概述S7-1500PLC的高速计数模块（TMCount）可分为两种型号：TMCount1×24V模块，可安装在ET200SPCPU主机架或ET200SP的分布式IO站；TMCount2×24V模块，可安装在S7-1500主机架或ET200MP的分布式IO站。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.2.1概述

TMCount2×24V模块可以连接两路24V编码器，每个通道提供三个数字量输入信号和两个数字量输出信号。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.2.2TMCount2×24V模块的计数功能实现示例：一台电动机与含方向信号的24V增量型编码器（推挽型，分辨率1024）同轴安装，编码器与TMCount2×24V模块连接后，用于测量电动机的实时转速。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置在PLC项目视图，添加TMCount2×24V模块，该模块位于硬件目录“工艺模块”——“计数”下。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置在TM模块“属性”——“基本参数”——“通道0”——“工作模式”界面下，为计数通道设置操作模式。有3种操作模式可选，在此选择默认的“使用工艺对象计数和测量操作”。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.添加工艺对象在弹出的工艺对象组态界面中，对工艺对象参数进行设置。为工艺对象选择“本地模块”中的“TMCount2×24V_1”，通道选择“通道0”。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.High_Speed_Counter工艺对象组态新增工艺对象后，可在弹出的工艺对象组态界面中，对工艺对象参数进行设置。为工艺对象选择“本地模块”中的“TMCount2×24V_1”，通道选择“通道0”。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.High_Speed_Counter工艺对象组态在“扩展参数”——“计数器输入”中设置信号类型和附加参数等。示例连接的是含方向信号的24V增量编码器，信号评估选择“单一”方式。在“附加参数”中定义了滤波频率、传感器类型等参数。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.High_Speed_Counter工艺对象组态不同信号的评估方式如图所示。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.High_Speed_Counter工艺对象组态在“扩展参数”——“计数器特性”中可以配置计数器的起始值、计数上/下限值、计数器到达限值时的状态、门启动时的计数器特性。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.High_Speed_Counter工艺对象组态在“扩展参数”——“测量值”中指定测量值。示例为对速度的测量，依据编码器的分辨率设置“每个单位的增量”为1024。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.指令调用计数器组态完成后，要在主循环OB中调用“High_Speed_Counter”指令进行程序与模块间的数据交互。该指令在指令列表“工艺”——“计数和测量”下。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.指令调用添加“High_Speed_Counter”指令时，应选择已创建的工艺对象（DB1），将其设置为指令的背景DB。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.指令调用“High_Speed_Counter”工艺对象的调试窗口，可以获取每个状态位和实际测量值。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.指令调用“High_Speed_Counter”工艺对象的诊断窗口，可查看故障原因。6.3运动控制的功能与编程点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.3.1概述S7-1500PLC的运动控制（MotionControl）功能支持轴的闭环定位和移动，支持速度轴、定位轴、同步轴、外部编码器、凸轮轨迹等工艺对象。具有PROFIdrive功能的驱动器或者带模拟量设定值接口的驱动装置，都可以通过标准运动控制指令来进行控制。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.3.1

概述S7-1500CPU的运动控制集成示意图。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》6.3.2TMPTO4模块在运动控制中的应用示例：S7-1500通过TMPTO4工艺模块输出高速脉冲给步进驱动器，从而实现步进电机的速度控制。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置在PLC项目视图，添加TMPTO4模块，该模块位于硬件目录“工艺模块”——“PTO”下。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置在TM模块“属性”——“基本参数”——“TMPTO4”界面下，对通道0进行配置。设置信号类型为脉冲和方向，从而输出24V的一个脉冲信号和一个方向信号。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.硬件配置设置轴参数时应与实际硬件相匹配。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.添加工艺对象在现有的PLC项目树中单击“工艺对象”--“新增对象”，弹出新增对象对话框，选择“运动控制”中的速度轴工艺对象TO_SpeedAxis。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.TO_SpeedAxis工艺对象组态新增工艺对象后，可在项目树下看到该对象及其“组态”“调试”“诊断”选项。工艺对象的组态分为“基本参数”、“硬件接口”、“扩展参数”。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.TO_SpeedAxis工艺对象组态在“驱动装置”选项中，选择驱动装置类型为PROFIdrive，驱动装置选择为已组态的“TMPTO4”的通道0。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.TO_SpeedAxis工艺对象组态在“与驱动装置进行数据交换”选项中，设置驱动装置报文为与设备组态一致的“报文3”。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.TO_SpeedAxis工艺对象组态在“扩展参数”中，用户可根据实际情况调整一些参数。在其“机械