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产品描述
西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0产品
在一些系统中，需要进行PID控制，如一些板卡采集系统，甚至在一些DCS和PLC的系统中有时要扩充系统的PID控制回路，而由于系统硬件和回路的限制需要在计算机上增加PID控制回路。在紫金桥系统中，实时数据库提供了PID控制点可以满足PID控制的需要。
进入到实时数据库组态，新建点时选择PID控制点。紫金桥提供的PID控制可以提供理想微分、微分、实际微分等多种控制方式。
进行PID控制时，可以把PID的PV连接在实际的测量值上，OP连接在PID实际的输出值上。这样，在实时数据库运行时，就可以自动对其进行PID控制。
PID参数的调整：
在PID参数进行整定时如果能够有理论的方法确定PID参数当然是理想的方法，但是在实际的应用中，多的是通过凑试法来确定PID的参数。
增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的调，并产生振荡，使稳定性变坏。
增大积分时间I有利于减小调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差时间变长。
增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。
在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。
整定比例部分。将比例参数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器即可。
如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则加入积分环节。在整定时先将积分时间设定到一个比较大的值，然后将已经调节好的比例系数略为缩小(一般缩小为原值的0.8)，然后减小积分时间，使得系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到。在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分时间，以期得到满意的控制过程和整定参数。
如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意的结果，则可以加入微分环节。把微分时间D设置为0，在上述基础上逐渐增加微分时间，同时相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直至得到满意的调节效果。
PID控制回路的运行：
在PID控制回路投入运行时，可以把它设置在手动状态下，这时设定值会自动跟踪测量值，当系统达到一个相对稳定的状态后，再把它切换到自动状态下，这样可以避免系统频繁动作而导致系统不稳定。
复杂回路的控制：
前馈控制系统：
通常的反馈控制系统中，对干扰造成一定后果，才能反馈过来产生抑制干扰的控制作用，因而产生滞后控制的不良后果。为了克服这种滞后的不良控制，用计算机接受干扰信号后，在还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用，使其刚好在干扰点上抵消干扰对控制变量的影响,因而又得名为扰动补偿控制。
在紫金桥的控制系统中，可以把前馈控制计算的结果作为PID控制的输出补偿量OCV，并采用加补偿，这样就形成了一个前馈控制系统了。
(1)M法：是在一定时间间隔内，对光电码盘输出脉冲数进行计数，并计算出转速，适用于发电机转速的高速测量。
(2)T法：是通过测量光电码盘的脉冲周期来计算电机转速的一种测量方法。
(3)M/T法：是结合了M法和T 法的优点，在低速及高速段均有较高的分辨能力和测量精度。
(4)E/T法：其原理是从T法出发，只是为了克服T法高速时的精度问题。
结合 PLC和该水电站水轮发电组的测速范围（0~600r/min），以及M法测速对硬件要求简单的特点，本文采用M法进行转速测量与计算。
设与发电机同轴连接的光电码盘每旋转一周，输出脉冲数为P，电机的转速为n(r/min)，检测时间为T(s)，在T内的计数脉冲数为m，则电机的转速n为： n = 60m/pt
在检测时间T内其误差大为1个脉冲，则M法转速分辨率Q为： Q = 60(m + 1）/pt - 60m/pt = 60/pt
可见采用M法测速时，其分辨率与速度的大小无关，要想提高分辩率，除选用每转输出脉冲数多的光电码盘外，只有尽可能的增大检测时间，但是时间过大，转速的反馈延滞作用越严重，将严重影响系统的动、静态性能。
计算机通讯即是不同的设备通过线路互相交换编码数据，其主要目的在于将数据从某端传送到另一端，实现信息的交换。通讯通常有并行和串行两种方式，由于并行传输方式在数据电压传送的过程中衰减互扰，并且线路工程费用较高，而串行通讯方式则能很好的解决这些问题，因此在工业应用中绝大多数使用串行通讯。
串行通讯的基本接口方式分为RS-232和RS-485两种标准。
RS-232接口
（1） RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-9的9芯插头座，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”即可传输数据，其9支脚位的定义如下表1所示。
（2） 在RS232的规范中，电压域值在+3V---+15V（一般使用+6V）之间称为“0”或“ON”；电压在-3V----15V（一般使用-6V）之间称为“1”或“OFF”；计算机上的RS-232“高电位”约9V，而“低电位”则约-9V。
（3） RS-232为全双工工作模式，其讯号准位是参考地线而得，分别作为数据的传送和接收；实际应用中其传输距离可以达到15米。只具有单站功能，即一对一通讯。
RS485接口
（1）采用正负两根信号线作为传输线路。
（2）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。
（3）RS485为半双工工作模式，其讯号是正负两条线路讯号准位相减而得，是差动式输入方式，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；实际应用中其传输距离可达1200米。具有多站能力，即一对多的主从通讯
摩擦压力机是现代工业早出现的螺旋压力机，它虽然控制水平低，打击能量无法准确控制，但具有结构简单，价格低廉，技术成熟的优点，在我国应用十分广泛，而且仍具有很大的市场。传统的摩擦压力机控制方案一般是采用5个行程开关控制压力机打击过程中的上止点、下止点、打击脱盘点、回程加速提升脱盘点和回程刹车制动点；目前采用较多的是利用时间继电器定时控制打击靠盘时间的方案。这些方案对打击能量的控制都只是定性的，无法准确计算和控制运动部分能量。也有基于工业计算机的复合式摩擦压力机控制系统，但不具有通用性。
为了提高这类螺旋压力机的控制水平和自动化程度，实现打击能量可准确控制，并满足日趋复杂的工艺需要，本研究以JB53—630型摩擦压力机为例，开发了以西门子$7-200 PLC为、以触摸屏为人机界面的控制系统，将控制、监视和管理功能集成起来，通过人机界面设定打击行程和打击能量，可以实现一打、手动二打、手动三打、自动二打、自动三打等工艺需求，并且兼容了传统的脚控打击功能。
1 工作原理
摩擦压力机主机主要由以下几部分组成：机身、滑块、主螺杆、主螺母、飞轮、制动器、摩擦盘和操纵缸等。其工作原理如下：主螺杆的上端与飞轮固接，下端与滑块相连，由主螺母将飞轮与主螺杆的旋动转变为滑块的上、下直线运动。电动机经皮带轮带动摩擦盘转动。当向下行程开始时，横轴右端的操纵气缸进气，推动摩擦盘压紧飞轮，搓动飞轮旋转，滑块下行，此时飞轮加速并获得动能。在冲击工件前的瞬间，摩擦盘与飞轮脱离接触，滑块以此时所具有的速度锻压工件，释放能量直至停止。锻压完成后，开始回程，此时，横轴左端的摩擦盘压紧飞轮，搓动飞轮反向旋转，滑块提升；至某一位置后，摩擦盘与飞轮脱离接触；滑块继续自由向上滑动，至制动行程处，制动器动作，滑块减速，直至停止，即完成一次工作循环。
2 硬件结构
控制系统硬件选型的原则是确保设备的稳定、和命运行。确保执行机构具有快速的响应，并且具有友好的人机交互界面。因此本文以西门子S7—200可编程控制器为，以西门子K—TP178触摸屏为人机界面，再加上外围的传感器检测、执行机构、信号输入输出等组成一个典型的通用数控系统，其结构如图1所要提高摩擦压力机的控制水平和控制精度，重要的是实现运动部分的能量检测。运动部分的能量主要来自于飞轮等转动部分的旋动动能。飞轮的动能又取决于飞轮的惯量和转速，惯量在设计时即已确定，而转速则可以通过单位时间内滑块的位移求出。因此，滑块位移检测是控制系统实现打击能量控制的为关键的参数。
这里滑块位移检测由滑块通过皮带轮带动旋转编码器旋转来实现，即将滑块的直线运动通过皮带轮同步装置转换成旋转编码器的旋动，编码器输出的脉冲再由S7—200的高速计数口读出。经过转换后，得到滑块的位移，通过单位时间内滑块的位移即可得到飞轮的转速，也就可计算出运动部分的准确能量。
执行机构主要指打击气阀、提升气阀、制动气阀和料气阀等，它们频繁动作并直接决定了摩擦压力机的控制精度。这里采用固态继电器替代传统的中间继电器控制的方案，可以大地提高执行机构的响应速度，并且因为固态继电器为无触点开关，电气寿命也可以获得大的提高。
系统中采用5个接近传感器作为行程控制开关，当工作方式选择为脚控打击模式时，操作方式与传统摩擦压力机控制系统的脚控打击模式一致，这样提高了控制系统的冗余性。
触摸屏已成为可编程逻辑控制器(PLC)的人机对话工具，系统中人机界面通过组态触摸屏实现，辅以外围丰富的按钮输入控制、信号指示灯输出和故障信号，使得控制系统具有直观、友好的人机交互能力，使用方便，维护简单。
3 软件结构
控制系统软件采用结构化、模块化设计。为保证系统的实时性，并兼顾PLC的运算能力，设置一个合适的定时周期程序负责采集系统输入信号和滑块位移编码器信号，触发实时参数的计算，并根据实时参数和控制指令判断系统状态，触发执行机构产生相应的动作；另外，实时的信号处理、故障检测和事件信息处理循环扫描执行，使系统能及时收发指令，保护设备。
3.1 能量控制原理
螺旋压力机能量的大小是由飞轮等运动部件在接触工件前所具有的大能量而定，此能量可表示为
工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展
自从1977年个民用网系统ARCnet投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了发展。然而，在工业现场，一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。
无线局域网（Wireless LAN）技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源，是现代数据通信系统发展的重要方向。无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下，提供以太网互联功能。在推动网络技术发展的同时，无线局域网也在改变着人们的生活方式。无线网通信协议通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于点对点方式，802.11用于一点对多点方式。无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现，以无线网卡使用为普遍。无线局域网的未来的研究方向主要集中在性、移游、网络管理以及与3G等其它移动通信系统之间的关系等问题上。
在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供的通信接口是RS-232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE 802.11b和以太网络IEEE 802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。
计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。
8.工业控制软件正向控制方向发展
自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有20年的发展历史。工业控制软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。工业控制软件主要包括人机界面软件（HMI），基于PC的控制软件以及生产管理软件等。目前，我国已开发出一批具有自主知识产权的实时软件平台、控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，了国外同类应用软件的格局。通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业（装置）中应用，促进了企业的技术改造，提高了生产过程控制水平和产品质量，为企业创造了明显的经济效益。2000年，“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨干石化生产系统控制及计算机应用技术”通过了验收。
作为工控软件的一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案。在此基础上，工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向控制方向发展。
过程控制APC（Advanced Process Control）目前还没有严格而统一的定义。一般将基于数学模型而又用计算机来实现的控制算法，统称为过程控制策略。如：自适应控制；预测控制；鲁棒控制；智能控制（系统、模糊控制、神经网络）等。
由于控制和优化软件可以创造的经济效益，因此这些软件也身价倍增。上已经有几十家公司，推出了上百种控制和优化软件产品，在世界范围内形成了一个强大的流程工业应用软件产业。因此，开发我国具有自主知识产权的控制和优化软件，外国产品的，替代进口，具有十分重要的意义。
在未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。
9.结束语
工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。在“十五”期间，国家用信息化带动工业化的工作有三个方面：一是以电子信息技术应用为，提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平；二是以制造技术应用为，推进制造业领域的生产，振兴装备制造业；三是改造提升产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家实施高技术产业化的主要目标有两个：一是发展高技术，形成新兴产业，培育新的增长点；二是利用技术改造和优化传统产业，提高经济增长的质量。
由于大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素质、提高国家整体国力、调整工业结构、搞活大中型企业的有效途径和手段，国家将继续通过实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术的进一步发展，加强技术，实现产业化，解决国民经济发展面临的深层问题，进一步提高国民经济整体素质和综合国力，实现跨越式发展
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