s7-300程序設(shè)計方法開關(guān)量控制

1、第7章 S7-300程序設(shè)計方法（開關(guān)量控制）,,7.1 S7-300的程序結(jié)構(gòu)7.2 系統(tǒng)設(shè)計的原則7.3 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容7.4 程序設(shè)計的方法與過程7.5 開關(guān)量控制系統(tǒng)的設(shè)計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7.8 關(guān)于乒乓控制7.9 關(guān)于PID控制,7.1 S7-300的程序結(jié)構(gòu),STEP 7為設(shè)計程序提供三種方法?；谶@些方法，可以選擇最適合于你的應(yīng)

2、用的程序設(shè)計方法。,,,,線性化,模塊化,結(jié)構(gòu)化,,,,,,,,,,,,,,,,,線性化編程：所有的指令都在一個塊 （OB1） 內(nèi)。,模塊化編程：每個設(shè)備的控制指令都在各自的塊內(nèi)。 OB1按順序調(diào)用每個塊。,結(jié)構(gòu)化編程：不同的塊調(diào)用可重復(fù)利用的代碼。OB1 (或其他塊) 調(diào)用這些塊并傳遞相應(yīng)的參數(shù)。,OB1,OB1,OB1,配方 A,配方 B,混合器,排空,A類設(shè)備,,B類設(shè)備,,1 線性化編程,,線性程序的結(jié)構(gòu)簡單，

3、分析起來一目了然。這種結(jié)構(gòu)適用于編寫一些規(guī)模較小，運(yùn)行過程比較簡單的控制程序。,2 模塊化編程,,分塊程序有更大的靈活性，適用于比較復(fù)雜、規(guī)模較大的控制工程的程序設(shè)計。,3 結(jié)構(gòu)化編程,,結(jié)構(gòu)化程序比分塊程序有更大的靈活性，繼承性。適用于比較復(fù)雜、規(guī)模較大的控制工程的程序設(shè)計。,4 程序塊類型,故障,循環(huán),定時,過程,OB = 組織塊FB = 功能塊FC = 功能SFB = 系統(tǒng)功能塊SFC = 系統(tǒng)功能,,,,,,

4、,,,,操作系統(tǒng),,,,,? 用戶定義的塊,,,,,,,塊類型 特點(diǎn) 系統(tǒng)功能- 存儲在CPU的操作系統(tǒng)中(SFC)- 用戶可以調(diào)用此功能 （不需要存儲器）系統(tǒng)功能塊- 存儲在CPU的操作系統(tǒng)中 (SFB)- 用戶可以調(diào)用此功能 （需要存儲器）系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊- 用于組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)的數(shù)據(jù)塊 (SDB),,,,,,,,,

5、? 系統(tǒng)塊,,? 數(shù)據(jù)塊類型和結(jié)構(gòu),,CPU314中塊的大小是8K字節(jié) 數(shù)據(jù)塊提供的最大存儲空間依賴于CPU的型號,0,7,,? 調(diào)用程序塊,,,,,,,,,,,調(diào)用程序塊,被調(diào)用的塊,(OB, FB, FC),(FB, FC, SFB, SFC),程序執(zhí)行,程序執(zhí)行,調(diào)用另一個塊的指令,塊結(jié)束,,,,,,,,7.2 系統(tǒng)設(shè)計的原則1 滿足要求 最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計控制系統(tǒng)的首要前提。這就要求設(shè)計

6、人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究。收集控制現(xiàn)場的資料，收集控制過程中有效的控制經(jīng)驗，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。同時要注意要和現(xiàn)場的管理人員、技術(shù)人員、工程操作人員緊密配合，共同解決設(shè)計中的重點(diǎn)問題和疑難問題。2 安全可靠 控制系統(tǒng)長期運(yùn)行中能否達(dá)到安全、可靠、穩(wěn)定，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。為了能達(dá)到這一點(diǎn)，要求在系統(tǒng)設(shè)計上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。比如說，在硬件和軟件的設(shè)計上應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下能正確運(yùn)

7、行，而且在一些非正常情況下（如突然掉電再上電，按鈕按錯等），也能正常工作。程序只能接受合法操作，對非法操作程序能予以拒絕等等。,3 經(jīng)濟(jì)實用 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的數(shù)量，從而為工程帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是，新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也會導(dǎo)致工程的投入和運(yùn)行資金的增加。在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的y運(yùn)行成本。這就要求，不

8、僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)即方便又低成本。 4 適應(yīng)發(fā)展 社會在不斷地前進(jìn)，科學(xué)在不斷地發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也一定會不斷地在提高、不斷地在完善。因此，在控制系統(tǒng)的設(shè)計時要考慮到今后的發(fā)展、完善。這就要求在選擇PLC機(jī)型和輸入/輸出模塊要能適應(yīng)發(fā)展的需要，要適當(dāng)留有余量。,7.3 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容1 選擇機(jī)型（1）根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機(jī)型?單體控制的小系統(tǒng) 這種系統(tǒng)一般使用一臺

9、可編程序控制器就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設(shè)備或多臺設(shè)備中的一個功能。這種系統(tǒng)對可編程序控制器間的網(wǎng)絡(luò)問題要求不高，甚至沒有要求。但有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與原設(shè)備系統(tǒng)的其它機(jī)器連接。對這類系統(tǒng)的機(jī)型選擇要注意三種情況。 一是設(shè)備集中情況:設(shè)備的功率較小，如機(jī)床。這時需選用局部式結(jié)構(gòu)，低電壓高密度輸入輸出模板。 二是設(shè)備分散情況:設(shè)備的功率較大，如料場設(shè)備。這時需選用離散式結(jié)構(gòu)，高電壓

10、低密度輸入輸出模板。 三是有專門要求的設(shè)備情況:如飛剪。輸入輸出容量不是關(guān)鍵參數(shù)，重要的是控制速度功能，選用高速計數(shù)功能模板等。,?慢過程大系統(tǒng) 對運(yùn)行速度要求不高但設(shè)備間有連鎖關(guān)系，設(shè)備距離遠(yuǎn)，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭、大型車站信號控制；也有的設(shè)備本身對運(yùn)行速度要求高，但是部分子系統(tǒng)要求并不高，如大型熱連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產(chǎn)機(jī)組和供油系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)等。 對這一類型對象，一般

11、不選用大型機(jī)，因為它編程、調(diào)試都不方便，一旦發(fā)生故障，影響面也大。一般都采用多臺中小機(jī)型和低速網(wǎng)相連接。 由于現(xiàn)代生產(chǎn)的控制器多為插件式模板結(jié)構(gòu)，它的價格是隨輸入輸出板數(shù)和智能模板數(shù)的多少決定的。同一種機(jī)型輸入輸出點(diǎn)數(shù)少，則價格便宜，反之則貴。所以一般使用網(wǎng)絡(luò)相連后就不必要選大型機(jī)。這樣選用每一臺中小型可編程序控制器控制一臺單體設(shè)備，功能簡化，程序好編，調(diào)試容易，運(yùn)行中一旦發(fā)生故障影響面小，且容易查找。,?快速控制大系統(tǒng)

12、 隨著可編程序控制器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進(jìn)入了設(shè)備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。 在這樣的系統(tǒng)中即使選用輸入輸出容量大、運(yùn)行速度快、計算功能強(qiáng)的一臺大型可編程序控制器也難以滿足控制要求。如用多臺可編程序控制器，則有互相間信息交換與系統(tǒng)響應(yīng)要求快的矛盾。 采用可靠的高速網(wǎng)能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要求。高速網(wǎng)一般

13、價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。 對信息交換速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng)，也可以采用可編程序控制器的輸出端口與另一臺可編程序控制器的輸入端口硬件互聯(lián)，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當(dāng)然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點(diǎn)占用太多。,（2）根據(jù)控制對象選擇機(jī)型 根據(jù)控制對象要求的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可以估計出PLC的規(guī)模。 根據(jù)控制對象的特殊要求，可以估計

14、出PLC的性能。 根據(jù)控制對象的操作規(guī)則可以估計出控制程序所占內(nèi)存的容量。 有了這些初步估計，會使得機(jī)型選擇的可行性更大了。為了對控制對象進(jìn)行粗估，首先要了解下列問題。 ?對輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的估計 對開關(guān)量輸入，按參數(shù)等級分類統(tǒng)計。 對開關(guān)量輸出，按輸出功率要求及其它參數(shù)分類統(tǒng)計。 對模擬量輸出/輸入，按點(diǎn)數(shù)進(jìn)行粗估。?對PLC性能要求的估計 是否有特殊控制功能要求，如高速計數(shù)器等。 機(jī)房離

15、現(xiàn)場的最遠(yuǎn)距離為多少？ 現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度有何要求。,在此基礎(chǔ)上選擇控制器時尚需注意兩個問題。 其一是PLC可帶I/O點(diǎn)數(shù)。有的手冊或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點(diǎn)數(shù)或最大輸出點(diǎn)數(shù)，常意味著只插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，即實際給出的是輸入輸出容量之和，有時也稱為掃描容量，需格外注意。 其二是PLC通訊距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫最大距離，包括遠(yuǎn)程I/O板在內(nèi)達(dá)到的距離。但遠(yuǎn)程I/O板的I/O反

16、應(yīng)速度大大下降，一般為19.2k波特率。?對所需內(nèi)存容量的估計 用戶程序所需內(nèi)存與下列因素有關(guān)。 邏輯量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估計。 模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估計。 內(nèi)存利用率的估計。 程序編制者的編程水平的估計。 從上面內(nèi)容的綜合可以選擇出合適的機(jī)型。,2 選擇接口設(shè)備 目前PLC的產(chǎn)品很多，在選擇機(jī)型和接口設(shè)備時要注意選擇質(zhì)量好，控制可靠的產(chǎn)品。這里所說的接口設(shè)備包含兩類。 一類是PLC自身的

17、I/O模塊、功能模塊， 一類是和接口模塊相連的外部設(shè)備。對于PLC自身的模塊的選擇主要注意兩個問題。?接口設(shè)備和PLC模塊對接 這一點(diǎn)請注意模塊的型號、規(guī)格要配套。最好類型、型號一致。這樣才能使對接的方便、可靠、穩(wěn)定。? PLC模塊和外部設(shè)備對接 這就考慮到模塊和外部設(shè)備要匹配，要性能匹配、速度匹配、電平匹配。不僅要注意它們穩(wěn)態(tài)特性，也要注意它們的動態(tài)特性。在系統(tǒng)的硬件選定之后，主要的問題是程序

18、設(shè)計。為了能夠便于程序設(shè)計，便于日常維護(hù)，合理地分配輸入/輸出點(diǎn)、恰當(dāng)?shù)貙斎?輸出點(diǎn)進(jìn)行命名、完整地編制輸入輸出變量表是必要的。,3 分配輸入輸出點(diǎn) 輸入輸出定義是指整體輸入輸出點(diǎn)的分布和每個輸入輸出點(diǎn)的名稱定義，它們會給程序編制、系統(tǒng)調(diào)試和文本打印等帶來很多方便。（1）單臺PLC系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的分配 一臺可編程序控制器完成多個功能，若把輸入輸出點(diǎn)統(tǒng)一按順序排列，則會給編寫程序與調(diào)試程序帶來不便。如果把輸

19、入輸出點(diǎn)分組按控制設(shè)備把輸入、輸出點(diǎn)分組，同一個設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)相對的集中，會給程序編寫與調(diào)試帶來方便。 （2）多臺PLC系統(tǒng)中輸入輸出點(diǎn)的分配 多臺可編程序控制器系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)整體要求，按控制類別統(tǒng)一分組，規(guī)定出每臺可編程序控制器都要遵循的原則，對其多道工序進(jìn)行控制。這些工序雖然控制內(nèi)容不同，所用設(shè)備也很不相同。但是所控制的對象總起來可以分幾類，比如各工序的控制器都有控制臺、電源、電機(jī)、輸入檢測信號、輸出控制信號等等。

20、能按類對各臺PLC的輸入/輸出統(tǒng)一分組，統(tǒng)一編號，則可以十分有利于編程和維修。,4 建立輸入輸出變量表（1） 輸入輸出點(diǎn)信號名稱定義 輸入/輸出點(diǎn)名稱定義要簡短，明確，合理。下面提出邏輯變量在名稱定義時應(yīng)當(dāng)注意的問題。?信號的有效狀態(tài) 有些信號在“1”狀態(tài)有效，有些信號在“0”狀態(tài)有效。在名稱定義上也有對“1”信號有效還是對“0＂信號有效的問題。?信號有效方式 持續(xù)狀態(tài)有效，在編程序時，使用的是

21、信號的狀態(tài)。例如I0.0=1時系統(tǒng)啟動，I0.1=0系統(tǒng)停止。 信號狀態(tài)變化有效是指信號由一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)變化時，發(fā)出的控制要求。當(dāng)一個電機(jī)的啟動和停止由兩個按鈕完成的時候，就是這種情況。電機(jī)啟動按鈕是能自動回位的常開節(jié)點(diǎn)，按下啟動按鈕時，I2.0的狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?”，發(fā)出電機(jī)啟動要求，抬起時啟動按鈕，I2.0自動復(fù)位由“1”變“0”，已不再影響對電機(jī)的控制。,（3）建立內(nèi)存變量分配表 輸入輸出點(diǎn)占用PLC的一部

22、分內(nèi)存單元，即輸入輸出映像區(qū)。此外，一個應(yīng)用程序還會用到定時器、計數(shù)器和一系列的PLC內(nèi)部變量。在編制程序之前，對于程序可能用到的各種變量都要充分考慮，并建立內(nèi)存變量分配表。內(nèi)存變量分配表包含了程序中所用到的全部元件和變量，它是閱讀程序、查找故障的依據(jù)。如果把內(nèi)存變量分配表寫到S7-300的符號表內(nèi)，就可以用變量名稱代替變量地址編寫程序。,7.4 程序設(shè)計的方法與過程1設(shè)計方法? 時序流程圖法： 時序流程

23、圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖，再根據(jù)時序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，最后把程序框圖寫成PLC程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。? 步進(jìn)順控法： 一般比較復(fù)雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從這個角度去看，一個復(fù)雜的系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實際上可以認(rèn)為在不同時刻或者在不同進(jìn)程中去完成對各個步的控制

24、。? 經(jīng)驗法編程 經(jīng)驗法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗，有的是來自自己的經(jīng)驗總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗。,?計算機(jī)輔助設(shè)計編程 計算機(jī)輔助設(shè)計是通過PLC編程軟件在計算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。S7-32

25、00的編程軟件“STEP 7”, 仿真軟件“PLCSIM”和“WINCC”等都是S7-300系列PLC編程專用軟件。使用這些編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試。 5 設(shè)計過程?對系統(tǒng)任務(wù)分塊 分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程，分解成多個比較簡單的小的任務(wù)。這樣就把一個復(fù)雜的、大的問題化為多個簡單的、小的問題。這樣是便于編制程序。 ?編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 從邏輯關(guān)系圖上可以反應(yīng)出某一邏

26、輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又應(yīng)該導(dǎo)出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準(zhǔn)，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了輸入與輸出的關(guān)系。,?繪制各種電路圖 在繪制PLC的輸入電路時，要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到PLC的輸入端，把高壓引入PLC的輸入端會對PLC造成比較大的傷害。 在繪制PLC的輸出電路時，不僅要考慮到P

27、LC輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中還要考慮就設(shè)計的原則，努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。在電路的設(shè)計上需要緊慎、全面。在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。?編制PLC程序并進(jìn)行模擬調(diào)試 (略）?制作控制臺與控制柜 (略）?現(xiàn)場調(diào)試 (略）?編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運(yùn)行 經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以后，控制電路和控制程序基本被確定了。這時就要全面整理技術(shù)文件，包

28、括整理電路圖、PLC程序、使用說明及幫助文件,7.5 開關(guān)量控制系統(tǒng)的設(shè)計1. 關(guān)于開關(guān)量控制系統(tǒng) 開關(guān)量控制是指控制系統(tǒng)的輸入信號和輸出信都是只有兩個狀態(tài)的開關(guān)量。這類系統(tǒng)包含手動、單次和自動控制。這類系統(tǒng)的設(shè)計要特別注意I/O模塊的隔離、接口的匹配和功率的消耗問題。?手動控制 手動控制在調(diào)試、維修過程中是不可少的。?單次控制 這種控制的特點(diǎn)是一旦控制系統(tǒng)被啟動起來之后，控制過程將自動完成一個周期。如

29、果系統(tǒng)需要再次啟動，則必須再次人工啟動。這種系統(tǒng)更便于參數(shù)的修改、調(diào)整。?自動控制 系統(tǒng)啟動之后，就可以按照工程要求進(jìn)行控制。整個控制過程無人工干預(yù)。系統(tǒng)對輸入/輸出要求都很嚴(yán)格，系統(tǒng)的可靠性、安全性設(shè)計尤為重要。本節(jié)主要介紹自動控制的設(shè)計方法,2.開關(guān)量控制系統(tǒng)設(shè)計方法舉例(1)機(jī)械手控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計?控制要求：機(jī)械手一個循環(huán)周期可分為八步。?控制方式：自動、單動和手動。 下面討論自動控制過程。,

30、? 硬件選擇,? 硬件接線原理圖,?由邏輯流程圖設(shè)計程序,?由時序流程圖設(shè)計程序 由時序流程圖來設(shè)計程序，首先要把整個工程的各個任務(wù)分成多個時序，在不同的時序中完成不同的任務(wù)。例如本例子中可分成8個時序。用M1.0、M1.1…M1.7分別表述各個時序的特征位。當(dāng)M1.O=1時為機(jī)械手下降1時序，M1.1為機(jī)械手抓緊時序等。,?線性結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計（S7-PR23）OB1塊,OB1續(xù),OB1續(xù),OB1續(xù),

31、OB1續(xù),OB1續(xù),運(yùn)行仿真I0.4=1 I0.6=1 I1.5=1 I0.0=1 Q0.0=1 降1I0.4=0 I0.5=1 Q0.0=0 Q0.4=1 T1=1 Q0.1=1 升1I0.5=0 I0.4=1 Q0.1=0 Q0.2=1 右I0.6=0 I0.7=1

32、 Q0.2=0 Q0.0=1 降2I0.4=0 I0.5=1 Q0.0=0 Q0.4=0 T2=1 Q0.1=1 升2I0.5=0 I0.4=1 Q0.1=0 Q0.3=1 左I0.7=0 I0.6=1 Q0.3=0,（2）攪拌控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計?初始狀態(tài)及 操作工藝

33、 …?硬件設(shè)計 …,?內(nèi)存變量分配表,? 線性結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計（S7-PRO8）OB1塊,OB1續(xù),OB1續(xù),?系統(tǒng)仿真I0.0=ONI0.4=OFF Q4.0=ONI0.3=ON Q4.0=OFF Q4.1=ONI0.2=ON Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON I0.4=OFF T2T2=ON Q4

34、.3=OFF,（3）攪拌控制系統(tǒng)分塊結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計（S7-PRO9）?塊結(jié)構(gòu) OB1主程序OB100由停止轉(zhuǎn)為運(yùn)行時初始化程序FC1為配料A控制程序FC2為配料B控制程序FC3為攪拌控制程序FC4為出料控制程序,OB1,OB1續(xù),OB100,FC1FC2,FC3,FC4,?系統(tǒng)仿真I0.0=ONI0.4=OFF Q4.0=ONI0.3=ON Q4.0=OFF Q4.