6ES7222-1HF22-0XA8现货充足

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可编程控制器（PLC）作为一种高性能的工业现场控制装置，已广泛地用于工业控制的各个领域。目前，工业自动控制对PLC的网络通信能力要求越来越高， PLC与上位机之间、PLC与PLC之间都要能够进行数据共享和控制。

飞剪控制系统要求在远离PLC的控制室里，实时监控电机、供纸、辊等设备。上位机为普通PC机，下位机为 SIEMENS S7-222 PLC。在实际开发中，采用自由口通信模式，自定义 PC与 PLC的通信协议，用Step7编写PLC端的通信程序，而在 PC端用VC6.0实现串行通信的控制和监控界面的显示。

2.通信方式及原理

S7-200系列PLC通信方式有三种：一种是点对点（PPI）方式，用于与西门子公司的PLC编程器或其它产品通信，其通信协议是不公开的。另一种为DP方式，这种方式使得PLC可通过Profibus的DP通信接口接入现场总线网络，从而扩大PLC的使用范围。最后一种方式是自由口（FreePort）通信方式，由用户定义通信协议，实现PLC与外设的通信。本系统中采用自由口通信方式。它是S7-200系列PLC一个很有特色的功能。这种方式不需要增加投资，具有较好的灵活性，适合小规模控制系统。自由口通信在物理接口上要求双方都使用RS485接口，波特率较高为38400bps。虽然PC机的标准串口为RS232，但西门子公司提供的PC/PPI电缆带有RS232 /RS485电平转换器，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和PC机互联。

2.1自由口模式的初始化

PLC的自由口模式通信编程首先是对串口初始化。对S7-200PLC的初始化是通过对特殊存储字节SMB30（端口0）写入通信控制字，来设置通信的波特率、奇偶校验、停止位和数据位数。显然，这些设定必须与上位机设定值相一致。另外还可选择通信模式和主从站模式，各具体存储位内容可参考SIMATIC S7-200系统手册。

2.2自由口模式下收发数据

初始化自由端口通信模式后，就可以进行数据的收发。

（1） 发送数据指令 XMT

格式：XMT Table，Port。可以用 XMT指令发送数据，XMT指令发送缓冲区（从Table开始的变量存储区）中的数据。数据缓冲区的**个数据指明了要发送的字节数，Port指明了用于发送的端口，缓冲区较多可以有255个字符。在发完缓冲区的最后一个字符时，会产生一个中断 （对端口 0为中断事件9）。本例的XMT缓冲区的格式如表1。其中，状态字节表示PLC是否正确接收了上位机所传数据;上传数据为PLC上传给PC的数据，需将9字节的16进制数编码为18字节的ASIIC码，所以字节数为18;BCC为上传数据的异或和，同样将16进制数编码为ASIIC码;结束字符的值为26。

★ IR区的设置 
当前模块所对应的IR通道地址是由单元号来决定的。 
具体公式为：当前通道起始地址(n) = 100 + 10×单元号。 
如果单元号为A～F，则公式为：当前通道起始地址(n) = 400 + 10×(单元号-10) 

●正常模式下的地址分配（后背小开关1～4都为OFF）： 
▲地址 n ： 
*0～7位用作输入端1～8的峰值保持功能开关，如果=1，则启动峰值保持功能，如果＝0，则取消峰值保持功能。 
*8～15位没有用到。 
▲地址 n+1 ～ n+8 
就是各输入端转换后的数字量 
▲地址 n+9：  
*0～7位是各输入端的断线检测标志。如果当前输入信号是1～5V或4~20mA信号，就可以使用断线监测功能。如果电压信号小于0.3V或电流信号小于1.2mA，则该标志为1，如果信号恢复正常，则标志恢复为0。 
*8～15位是2位16进制的错误代码，00代表正常。 

●调节模式下的地址分配（后背小开关1为ON,2～4为OFF）： 
▲地址 n ： 
*0～7位是2位16进制数据，用来设置当前需要调整的输入端号。左边那个总是为2，右边那个可以设为1～9。 
*8～15位没有用到。 
▲地址 n+1：  
*0位是偏移量调整。如果为ON，则调整当前的偏移量。 
*1位是增益调整。如果为ON，则调整当前的增益。 
*2～3位没有用到。 
*4位是应用设置标志。如果为ON，则应用当前设定值，并将当前设定值存入EEPROM。 
*5位是设置标志。如果为ON，则取消当前设定值，恢复为系统默认值。 
*6～7位没有用到。 
*8～15位没有用到。 
▲地址 n2～n+7： 
没有用到。 
▲地址 n+8： 
表示调整项的转换值，储存为16位的2进制数据。 
▲地址 n+9：  
*0～7位是各输入端的断线检测标志。如果当前输入信号是1～5V或4~20mA信号，就可以使用断线监测功能。如果电压信号小于0.3V或电流信号小于1.2mA，则该标志为1，如果信号恢复正常，则标志恢复为0。 
*8～15位是2位16进制的错误代码，00代表正常。 

★ DM区的设置 
当前模块所对应的DM通道地址是由单元号来决定的。 
具体公式为：DM起始地址(m) = 1000 + 100×单元号。（如果单元号为A～F，则代表单元号 = 10～15） 

●地址分配（不管处于正常模式还是调节模式，都是一样的）： 
▲地址 m ： 
*0～7位是输入端1～8的启用标志。如果=1，则该输入端有效，如果＝0，则关闭该输入端。
*8～15位没有用到。 
▲地址 m+1： 
输入范围选择设置。*0～1位，代表**个输入端，*2～3位代表*二个输入端。。。依此类推。 
如果为00，则输入信号为-10～10V；如果为01，则输入信号为0～10V；如果为10，则输入信号为1～5V或4~20mA。（具体看接线方式）；11方式和10相同。 
▲m+2 ～ m+9： 

各输入端测量值处理方式设定。如果为0000，则不进行处理；如果为0001，则转换值为2次取样的平均值；如果为0002，则转换值为4次取样的平均值；如果为0003，则转换值为8次取样的平均值；如果为0004，则转换值为16次取样的平均值。

在工程实际中，应用较为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
    PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术较为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，较适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。
    PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
    比例（P）控制 　比例控制是一种较简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
    积分（I）控制 　在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
  　微分（D）控制 　在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“**前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重**调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

为了获得稳定的大电流，设计了基于单片机控制的智能软启动大功率恒流源， 电流范围0~8 A,较大峰值可达10 A.采用大功率运放OPA549 构成大电流恒流源，利用PID 控制算法实现了大功率电源的软启动和控制。该方法设计的电源在软启动过程中**调量很小，具有很好的稳定性；在恒流源工作时，稳定性也很好。

电源启动过程中瞬时电流冲击很大， 对电源和器件的使用寿命有很严重的影响， 采用良好的控制方法对启动电流进行控制以减小其危害， 使启动过程中无瞬间冲击且能连续变化， 是电源启动控制中关键的一步。电源软启动方式就是控制输出电压和电流， 使负载的电压和电流渐增。对于线性时不变模型的被控对象适当整定PID 参数可获得较满意的控制效果， 可以很好地解决电流过大的问题。PID 控制能很好地解决启动过程中震荡和**调的问题， 可以更好地保护电源， 且启动可靠、稳定性强。采用单片机作为控制器， 编程灵活、性价比较高， 易实现人机界面管理。利用软件调整系统的非线性， 以降低实测值与设定值之间的偏差。电源电压或电流的波动、电路元件的老化、环境温度等因素都将影响电源的稳定性。为了稳定地控制电源功率， 该方案采用基于单片机的高速AD、DA 数据采集系统， 并采用PID算法实现大功率电源的软启动， 系统采用PID 电压采样反馈控制输出电流的恒定不变， 精度较高、响应速度较快、灵活性较好、稳定性较高。

1 大功率精密恒流源的实现

1.1 电源系统设计

以单片机为核心， 完成以下功能： 处理键盘输入数值， 包括电路预定值和"+" 、"-" 步进； 控制数LCD 显示预定值和实际值； 控制ADC 和DAC; 根据得到的反馈信号通过程序控制算法进行偏差值补偿。由于运放OPA549 一路受D/A 转换器控制， 调整运放OPA549 输入端电压， 一路为比例放大电路。当DAC 输出预定值或步进值后， 电流源的输出在0 ~8 A 范围内变化。输出电压经与负载串联的小电阻采样后， 送入ADC, 采样值与预定值在单片机内部进行计算、比较输出控制信号，对偏差值进行补偿。利用软件调整系统的非线性， 以降低实测值与设定值之间的偏差。

1.2 电源电路设计

（1） 数控部分核心

采用单C8051F , 控制数控直流源的键盘和显示， 与D/A 转换器和A/D 转换器控制输出电流。A/D 转换器的基准电压由专门±9 V 电源供电，D/A 转换器的基准电压由+20 V 电源供电， 由单片机送出数据经DAC 转换输出控制电压。

（2） 运放OPA549 放大电路电流源。

OPA549 是BB 公司新推出的一种高电压大电流功率运算放大器。它能够提供较好的低电平信号、输出高电压、大电流， 可驱动各种负载。该器件的主要特点： 输出电流大， 连续输出电流可达8 A, 峰值电流可达10 A; 工作电压范围宽， 单电源为+8 V~+60 V, 双电源为±4 V~±60 V; 输出电压摆动大；有过热关闭功能， 电流极限可调； 有使能及禁止功能； 有过热关闭指示； 转换效率（ 压摆率） 较高为9 V/μs ; 工作温度范围为-40℃~+85℃。该器件主要应用于驱动工业设备、测试设备、电源、音频功率放大器等大电流负载。

在该电源系统中， 主要为负载提供大电流， 采用PID 控制算法控制负载的发光强度。输入为单片机经DAC输出的控制电压， 一路为比例放大电路， 如图1 所示增益G=1+R3/R2.电流型DAC 通过R1 转换成电压， 控制OPA549 .输出电流经采样电阻转换为采样电压， 送入A/D 转换器反馈至单片机进行偏差值补偿。

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