西门子模块6ES7314-6BH04-0AB0功能参数

西门子模块6ES7314-6BH04-0AB0功能参数

三菱PLC为的温度控制系统，采用了智能PID 控制方法,利用系统知识库输出修正PID参数以及改变PID控制方式。实践表明该方法简单易行、适应性好、鲁棒性强。

    常规的PID调节具有结构简单，稳定性好，性高，易于工程实现等优点，其主要问题是参数整定问题，一旦整定计算好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际系统中，由于系统状态和参数等发生变化,控制过程具有大滞后、非线性、时变性，采用常规PID控制较难获得的控制效果。本文提出一种用PLC实现的智能PID控制方法，并对其在控温中的应用进行了探讨。

一、智能PID控制的基本原理

智能PID控制就是将智能控制(inbbbligent control)与传统的PID控制相结合，是自适应的，其控制器参数可以实时地在线自动调整,不依赖系统数学模型,对系统参数变化具有较好的适应性，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。智能PID控制主要有模糊PID控制、PID控制和基于神经网络的PID控制等，本文主要讨论PID控制。 

PID控制是在常规PID控制基础上，引入及操作者的经验即系统(Expert System)，其内部具有某个领域中大量水平的知识与经验﹐能够利用人类的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。因此它的是知识库的建立。模人的经验和知识，来确定和修正控制规律，使控制规律适合于控制对象，控制效果好。

PID控制的结构图如图1所示： 

   由于产生式规则库结构简单,易于修改,适合于PLC实现,故控制器中的知识规则采用产生式规则,其基本形式为:

IF(条件),THEN(动作)

数据库的事实知识选取如下数据e(t)、ec(t)、u(t)、emin 、emax 、umax 。其中:e(t)是偏差,e(t)=SV-PV;ec(t)是偏差变化率,ec(t)=e(t)-e(t-1);u(t)是控制量;emin 是小允许偏差; emax是大允许偏差;umax是大控制量。

利用上述数据,构成有关的知识库，事实知识的构成简单而无相交集,因此任何情况都能找到的匹配条件,触发相应的控制规则。控制规则及依据如下:

1. 若|e(t)|>emax ,则u(t)= umax 。说明偏差过大,则相应控制量应大，加快升温速度，尽快减小偏差。

2. 若|e(t)|3.若emin <|e(t)|0,则u(t)= u(t-1)+K1e(t)。根据偏差及偏差变化趋势(图2) 可知,实际值正远离设定值,控制量明显减小,应增加较大的控制量,尽快减小偏差。

     4. 若emin <|e(t)|< emax ,且e(t)·ec(t)=0,则u (t)=u(t-1)+K2e(t)。偏差值恒定不变,呈稳定状态,应增加较小的控制量,使偏差减小。

5. 若emin<|e (t)|< emax ,且e(t) ·ec (t)<0,则u (t)=u(t-1)+ K3 e(t) + K4 ec(t)/e( t)。实际值正不断接近设定值,一方面随着偏差减小,相应的控制量可以增加很小或者不增加; 另一方面,|ec(t)/e(t)|值越大,表明实际值趋向设定值的程度越强,为防止过冲,应适当减小控制量。

上述K1、K2 、K3 、K4 为系数,它们直接影响控制性能,根据控制趋势,应有K1>K2>K3≥0,K4≥0。当K4=0时,不考虑提前减小控制量;当K3=0时,不考虑增加控制量,上述系数根据系统实际确定。

对控制规律进行了以上的分段处理后，可在实际温度与设定温度偏差较大时，以较大的速度平缓的升温或降温。在接近恒温时又不会因太大的惯性而引起振荡，从而减少了过渡过程的时间。

 二、温度控制系统的设计

 在工业生产中经常需要高稳定度的恒温环境，传统的模拟式仪表温度控制，以简单的PID来实现，此类仪表对环境条件和控制参数较敏感，较难达到理想的波动度，即使能达到要求的波动度时，也需要较长的过渡时间。我们采用智能PID控制算法，以三菱公司FX2N系列PLC作为部件，实现恒温控制。系统的控制原理框图如3所示。

    温度检测器由PT100铂电阻构成，用来实时温度输出，经RTD模块放大后送给A/D转换模块。A/D转换采用三菱FX2N-4AD完成，该模块有四个模拟量输入通道，12位的分辨率，总体精度在+1%，转换速度15ms/通道。转换后的数据存入PLC内部数据寄存器。PLC根据采集的信号计算出偏差e(t)和偏差变化率ec(t)，按照智能PID的控制规则计算控制量u(t),并输出控制量u(t)。经PLC的D/A转换，变换成0~5V的电压信号，送至调压模块SSR，并驱动调压模块以调节电加热丝的工作电流，实现系统的温度控制。D/A转换模块采用三菱FX2N-4DA,核模块有四通道的D/A输出,总体精度+1%,转换速度2.1ms。在温度采集时，运用FROM(FNC78)指令采样5次求平均值，在软件上设计数字滤波程序，实现每个通道数据的均值滤波，力求在扰动多、滞后大的系统中提高数据的准确性和真实性。

 三、智能PID 的软件设计

 （一）控制算法

设数据寄存器D0～D5分别存储偏差值e1~e6,D6~D7分别存储偏差变化率ec1～ec2。

    偏差及偏差变化率区域划分如图4所示。

        M7 区:加大区,偏差太大,应大限度地增加控制量,尽快减小偏差。

M6 区:快速增加区,偏差较大,应比较快地增加控制量。

M5 区:慢加区,偏差较小,应较慢地增加控制量;但是ec 属于M8 区时,实际值较

快地接近设定值,为防止过冲,可适当减少一些控制量。

M4 区:保持区,偏差已控制在允许范围内,控制量不变。

M3 区:慢减区,与M5 区类似。

M2 区:快减区,与M6 区类似。

M1 区:减大区,与M7 区类似。

（二） 区域划分

系统采用三菱FX2N系列PLC的比较指令CMP(FNC10)实现区域划分。设D100为偏差,D102 为偏差变化率,则实现区域M1～M7、M8～M10 划分的梯形图程序如图5 所示。

    PLC 对偏差e(t)及偏差变化率ec(t)所在的区域进行相

应的判断,并按规则(1)~(5) 进行逻辑运算,即可得到当前所需的控制量u(t) 。

（三）控制量的修正

    由于被控温度是一个连续变化的物理量，不可能在相邻几个控制周期里发生大的突变，所以控制量也不应发生大的突变。基于此，为防止由于温度测量不准确而使计算出的控制量u(t)波动过大，影响恒温效果，在PID控制阶段按照u(t)=u(t-1)+ Δu计算出u(t)对其进行修正。

    当Δu>0 时,控制量增量Δu的PLC 实现方法如图6 (a)所示。D10表示当前控制量u(t),D104为控制量增量Δu,上述程序表示当条件1成立时,每隔D200时间,控制量u ( t)增加D104 值;

当Δu<0时,Δu 的PLC实现如图6(b)所示。D10表示当前控制量u(t),D104为控制量增量Δu,上述程序表示当条件2成立时,每隔D202时间,控制量减小D104 值。

    四、结 论

  上述智能PID控制方法具有波动小，过度时间短，对环境和控制参数不敏感的特点，其性能指标远远常规PID控制。应用中可采用三菱GOT人机界面实现对其内部数据的监控与设置，实践证明，该系统动态响应快，控制效果良好。

  智能PID控制将人的丰富操作经验与PID控制的良好适应性和稳定性相结合，具有较好的应用前景

问：1、彩灯程序：

LD X0

ANI T1

OUT T0 K20

LD TO

OUT T1 K20

LD TO

MOV K85 K2Y0 将控制常数送至Y0-Y7，实现隔灯显示

LD T1

MOV K170 K2Y0 将控制常数送至Y0-Y7，Y0-Y7状态取反，实现显示轮换

以上程序运行后的顺序为：Y0，2，4，6灯亮，隔2秒后，Y1，3，5，7，灯亮

请教问题：将控制常数传送至输出继电器，可达到控制的目的吗？该常数如何取值，我试过

换成其它数据，但不能达到控制目的。小弟翻阅有关书本，找不到有关说明。

2、 MOV K85 K2Y0和MOV K170 K2Y0 为什么常数是设为K85和K170，而不是其它数据呢？我也试过换成其它数据，比如K45和K90，或者是K170和K340，这些数据看似都是倍数关系，但运行后Y0-Y7输出就不是按原来那样了。

3、为什么该程序会按照YO，2，4，6和Y1，3，5，7这样的顺序来动作呢？我翻过编程书好象并没有类似的程序，这也算是MOV指令的其中一个功能吗？

答：1、其实你可以用它的模拟软件试验的。

Y0、Y2、Y4、Y6==0101，0101B算算吧；

Y1、Y3、5、Y7==1010，1010B。

2、85=64+16+4+1(2^6+2^4+2^2+2^0)

170=128+32+8+2(2^7+2^5+2^3+2^1)

MOV K85 K2Y0 的意思是将常数85在Y0-Y7上用2进制表示输出，即2^0=Y0 ON 以此类推。

3、Y0到Y7刚好8位数,85用二进制刚好是01010101,170刚好是10101010.

是1的位灯就亮,懂吗

概述S7-300采用模块化结构设计。含有多种模块，可进行单组合。

一个系统包含下列组件：

处理单元（CPU）：各种 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块(SM)用于连接网络和点对点连接的通讯处理器 (CP)。用于高速计数、定位控制以及闭环控制的功能模块（FM）。根据要求，也可使用下列模块：

用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源的负载电源模块(PS)。接口模块(IM)，用于多机架配置时连接控制器(CC)和扩展机架(ER)。S7-300通过分布式控制器(CC)和3个扩展单元(EU) 可以操作多达32个模块。所有模块都是密封的，运行时风扇。SIPLUS 模块扩展的环境条件下使用：适用于-25至+60°C 的温度范围高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为IP20机柜内使用时，可直接用于车载或室外使用。不需要全天候防护的机柜和IP 65机柜保护。设计简单的结构使得S7-300使用灵活且易于维护:

安装模块只需将模块安装到 DIN 导轨上，将其旋入并用螺钉紧固。集成的背板总线：背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背面。模块具械编码，换为：换时只需松开模板上的紧固螺钉。 按下锁紧机构，拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。的连接系统:对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子。TOP 连接：为采用螺丝端子或弹簧端子连接的1线-3线连接系统提供预组装接线。可以替代直接在信号模块上接线。确定的安装深度：所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。无插槽规则:信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上。系统自行组态。

通讯SIMATIC S7-300 的 CPU 支持下列通讯类型：

过程通讯：用于通过总线（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）的 I/O 模块（过程图像交换）循环访问。从循环执行层调用过程通讯。数据通讯：用于自动化系统间或多个自动化系统与HMI之间的数据交换。循环执行数据通讯，或通过功能块从用户程序事件驱动调用数据通讯。为使用户为轻松地组态通讯功能，提供了使用方便的 STEP 7 用户界面。

数据通讯

SIMATIC S7-300 配备不同的数据通讯机制：

使用全局数据通讯通过 MPI 在网络连接的 CPU 之间进行的数据包循环交换。与具有通讯功能的其他设备进行的事件驱动通讯。可以使用 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 网络。全局数据

使用“全局数据通讯”服务，网络连接的 CPU 可以循环交换数据（每个循环多交换 4 个全局数据包，每个数据包有 22 个字节）。例如，这允许一个 CPU 访问另一个 CPU 的数据、位存储器或过程映像。只可通过 MPI 进行全局数据通讯。使用 STEP 7 中的 GD 表进行组态。

通讯功能

可以使用集成在系统中的功能块建立与 S7/C7 合作伙伴的通讯服务。

这些服务是：

通过 MPI 进行 S7 基本通讯。通过 MPI、K 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网的 S7 通讯。S7-300 可以用于：作为服务器，通过 MPI、K 总线和 PROFIBUS 通讯作为服务器或客户端，通过集成的 PROFINET 接口通讯可以使用可重新加载的功能块建立与 S5 系列设备和非西门子设备的通讯服务。

这些服务是：

通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通讯。通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通讯（非西门子系统）。与全局数据相比，建立通讯功能的通讯链接。

S7－300主要支持的硬件有： （1）电源（PS） 电源模块提供了机架和CPU内部的供电电源，置于1号机架的位置。 （2）处理器（CPU） CPU存储并处理用户程序，为模块分配参数，通过嵌入的MPI总线处理编程设备和PC、模块、其它站点之间的通讯，并可以为进行DP主站或从站操作装配一个集成的DP接口。置于2号机架。 （3）接口模块（IM） 接口模块将各个机架连接在一起。不同型号的接口模块可支持机架扩展或PROFIBUS DP连接。置于3号机架，没有接口模块时，机架位置为空。 （4）信号模块（SM） 通常称为I/O（输入/输出）模块。测量输入信号并控制输出设备。信号模块可用于数字信号和模拟信号，还可用于进行连接，如传感器和启动器的连接。 （5）功能模块（FM） 用于进行复杂的、重要的但立于CPU的过程，如：计算、位置控制和闭环控制。 （6）通讯处理器（CP） 模块化的通讯处理器通过连接各个SIMATIC站点，如：工业以太网，PROFIBUS或串行的点对点连接等。 后三个模块在机架上可以任意放置，系统可以自动分配模块的地址。 需要说明的是，每个机架多只能安装8个信号模块、功能模块或通讯模块。如果系统任务过了8个，则可以扩展机架（每个带CPU的机架可以扩展3个机架）。 各个模块的性能具体如下： （1）电源模块（PS） 电源模块用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。 （2）CPU模块 各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。 以上只是列出了部分指标，设计时还要参应的手册。 （3）接口模块 接口模块用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架 (ER)。S7-300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时风扇。 （4）信号模块 信号模块用于数字量和模拟量输入/输出，又分DI/DO（数字量输入/输出）和AI/AO（模拟量输入/输出）模块。 ①数字量输入模块： ②数字量输出模块： ③数字输入/输出模块： ④继电器输出模块： ⑤模拟量输入模块 ⑥模拟量输出模块： ⑦模拟量输入/输出模块： （5）功能模块 西门子S7－300功能模块模块适用于各种场合，功能块的所有参数都在STEP7中分配，操作方便，而且不必编程。包括：计数器模块（FM350），定位模块（FM351），凸轮控制模块（FM352），闭环控制模块（FM355）等许多用于特定场合的模块。 （6）通讯模块（CP） S7－300通讯模块是用于连接网络和点对点通讯用的模块，比如：用于S7－300和SIMATIC C7通过PROFIBUS通讯的模块CP343－5，用于S7－300和工业以网通讯的模块CP343－1及CP343－1 IT等

概述

带集成数字量和模拟量输入/输出以及二个串口的紧凑型 CPU

满足工厂对高处理性能和相应时间的要求

带技术功能

CPU 运行需要 SIMATIC 微存储卡 (MMC)。

应用

CPU 314C-2 PtP 是一种紧凑型 CPU，用于对处理性能和响应速度要求很高的系统。通过其扩展工作存储器，该紧凑型CPU也适用于中等规模的应用。使用集成数字量和模拟量 I/O，可实现与过程的直接连接；使用二个串口，可以与其它的外围设备相连接，例如打印机、条形码扫描器等。

集成技术工程的其他用途包括：

计数

频率测量

周期测量

脉宽调制

PID 控制

定位控制

设计

CPU 314C-2 PtP 安装有：

微处理器;
处理器处理每条二进制指令的时间可达 60 ns。

扩展存储器;
192 KB 高速工作 RAM（相当于约 64 K 指令），用于程序段执行，可以为用户程序提供足够的存储空间；
SIMATIC 微型存储卡（大 8 MB）作为程序的装载存储器，还允许将项目（包括符号和注释）存储在 CPU 中。

灵活的扩展能力;
多达 31 个模块，（4排结构）

MPI多点接口;
集成 MPI 接口多可以同时建立与 S7-300/400 或编程器、PC、操作员面板的 12 路连接。在这些连接中，始终分别为 PG 和 OP 各保留一个连接。通过“全局数据通讯”，MPI可以用来建立多16个CPU组成的简单网络。

二个串行接口 PtP；
该串口用于连接其它 I/O 设备，诸如：打印机、扫描仪等。

内置输入/输出；
在 CPU 314C-2 PtP 中，提供有 24 路数字量输入（所有输入都可用作报警处理），16 路数字量输出以及 4路模拟量输入和 2 路模拟量输出（用于电流/电压信号），以及 1 路附加输入（用于测量温度 (Pt100)）。

功能

口令保护;
用户程序使用密码保护，可防止非法访问。

块加密；
函数 (FC) 和功能块 (FB) 可以通过 S7-Block Privacy，加密存储于 CPU 以保护专有技术。

诊断缓冲;
诊断缓冲区中可存储后 500 条错误和中断事件，其中的 100 条事件可以长期存储。

免维护的数据后备;
如果发生断电，则可通过 CPU 将所有数据（大 64 KB）自动写入到 SIMATIC 微型存储卡，且将在再次通电时保持不变。

可参数化的特性

可以使用 STEP 7 对 S7 的组态、属性以及CPU的响应进行参数设置：

概要：
定义名称、上位系统名称和位置名称

MPI多点接口;
定义站地址

启动；
定义 CPU 的启动特性和监视时间

循环/时钟存储器；
定义大的扫循环描时间和负载设置时钟存储器地址

记忆性；
定义具有保持功能的存储位、计数器、定时器和数据块的数量

日时钟中断；
设定起始日期、起始时间和间隔周期

周期中断；
周期设定

系统诊断；
确定诊断消息的处理和范围

时钟；
设定AS内或MPI上的同步类型

防护等级；
定义程序和数据的访问权限

通讯；
保留连接源

PtP 接口；
设置地址和基本参数ASKII、3964(R) 和 RK512 协议的参数设置。

数字量输入/输出
地址设定，输入继电器和过程中断

模拟输入/输出
地址设置，对于输入：温度单元，测量类型，量程，以及干扰频率；对于输出：输出类型和输出范围

集成功能“计数器” 
设定地址，以及 “连续计数”“单次计数”“周期计数”“频率测量”和“脉宽调制”模式下的参数分配

集成功能“定位器” 
设定，“数字输出定位”和“模拟输出定位”参数

集成“规则”功能

显示功能与信息功能

状态和故障指示；
发光二管显示，例如，硬件、编程、定时器或I/O出错以及运行模式，如RUN、STOP、Startup。

测试功能；
使用编程器，可显示用户执行过程中的信号状态，立于用户程序修改过程变量，并输出堆栈存储器的内容。

信息功能；
通过编程器以文本形式为用户提供存储能力信息、CPU的运行模式，以及主存储器和装载存储器当前的使用情况、当前的循环时间和诊断缓冲区的内容。

集成的通讯功能

编程器/OP 通讯

全局数据通讯

S7 基本通讯

S7 通讯(只是服务器)

集成功能

计数器；
4个计数器(高60kHz)，具有立方向的比较器，可直接连接到24V增量编码器。

4通道频率测量；
允许进行频率测量（高达 60 kHz），例如，测量轴速或吞吐量（每个测量周期内的件数）。

周期测量
4个通道。可测量计数信号的周期时间，计数频为 1 KHz。

脉宽调制；
4个输出可直接连接控制阀、执行器、开关设备、加热装置等，例如采样频率为 2.5 kHz。 可设置周期长度并可在运行时修改占空比。

定位控制；
集成在操作系统中的 SFB 可通过 2 个数字量输出或 1 个模拟量输出对 1 个轴进行定位控制。

报警输入（所有数字量输入）；
报警输入可以检测过程事件，并在短的时间内触发响应。