西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8参数规格

西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8参数规格

现在国内外一些的厂家几乎论断的整个工业自动化控制领域，如：国外的有艾默生、西门子;国内的有：浙大中控、和利时等，那么在这些控制系统中常规的PID控制是怎么实现的，他们又是怎么进行编程组态得到的PLD运算的，本文就常规的PID及起模块进行总结以及应用做个简单的介绍：
一、DCS及PLC控制系统中PID的运算
1 指令解说
l 上式T为梯形图时间继电器周期输出，在此引为采样及调节周期。
l S1为设定的目标值，又称给定值
l S2为实际测定值。
l S3为PID控制参数的起始参数单元，控制参数占用S3后续的25个D数据寄存器。具体说明如下：
S3+0: TS 采样时间 设定为K1(1T)
S3+1: ACT.运算方向 一般设为 H0001;
设为H0000时为反PID运算。
S3+2: L 滤波系数 0-99% 0% 无滤波。 参考设定为K50
0000-99.00
S3+3: KP 比例増益 0-32767% 参考设定为K2000。
0000-327.67
S3+4: TI 积分时间 0-32767(?1T) 参考设定为K500。
S3+5: KD 微分増益 0-32767% 一般设定为K0。
0000-327.67
S3+6: TD 微分参数 0-32767(?1T) 设定为K0，无微分
S3+7: 偏差，浮点数表示，占两个字节：S7+7，S7+8。
E(K)=SV-PV (ACT.0=1)
E(K)=PV-SV (ACT.0=0)
S3+8:
S3+9: 偏差的一阶导数，浮点数表示。S3+9，S3+10
E(K)'=E(K)-E(K-1)
S3+10:
S3+11: 偏差的二阶导数，浮点数表示。S3+11，S3+12
E(K)''=E(K)'-E(K-1)'
S3+12:
S3+13: 本次滤波后的实测值，浮点数表示。S3+13，S3+14。
PVF(K)=PV(K)+L? [PVF(K-1)-PV(K)]
S3+14:
S3+15: PID的微分调整项，浮点数表示。S3+15，S3+16。
PID_D(K)=[TD?E(K)''+KD?TD?PID_D(K-1)]/(TS+KD?TD)
S3+16:
S3+17: PID的本次调整输出，浮点数表示。S3+17，S3+18
DMV(K)=DMV(K-1)小数部分+KP[E(K)'+TS?E(K)/TI+PID_D(K)]
S3+18:
S3+19: PID控制的输出值，取值范围：0-32767。
MV(K)=MV(K-1)+INT(DMV)
S3+20: SH 上限报警 设定为K20000
S3+21: SL 下限报警 设定为K20
S3+22: OH 上限幅值 设定为K10000
S3+23: OL 下限幅值 设定为K20
S3+24: ALM.0 SH上限报警时ON
ALM.1 SL下限报警时ON
ALM.2 OH上限输出时ON
ALM.3 OL下限输出时ON
PID运算式
1. PVF(K)=PV(K)+L?[PV(K-1)-PV(K)]
E(K)=SV(K)-PVF(K)
E(K)'=E(K)-E(K-1)
E(K)''=E(K)'-E(K-1)'
2. D(K)=[TD?E(K)''+KD?TD?D(K-1)]/(TS+KD?TD)
3. MV(K)=MV(K-1)+KP?[E(K)'+TS?E(K)/TI+D(K)]
符号说明：
PV：测定值。 SV：目标值。 MV：输出值。
PVF：滤波后的测定值。
L ：滤波系数。
TS：采样时间。
KP：比例増益。
TI：积分时间。
TD：微分时间。
KD：微分増益。
PV(K)：本次采样测定值。
D(K)： 微分项。
INT(DMV)：PID本次增量输出。
PV(K-1)：一个调节周期T前测定值。
二、DCS及PLC控制系统中PID的运算的应用
案例一. 控制一组(四台)实验电炉，温度检测用PT100热电阻，工作温度在100℃以下，控制精度要求在0.1℃,调小于0.5℃。热源为电阻丝，每电炉发热总功率380VAC 8KW。
控制方案：选一混合型PLC作调节控制单元，其输出控制四个三相智能模块硅，办公室计算机与PLC通信，作温度跟踪记录。
各通道的设置参数(由人机界面或字符屏设定)：
0通道1通道2通道3通道
AI通道设定温度D300D310D320D330
P参数D301D311D321D331
I参数D302D312D322D332
D参数D303D313D323D333
PID手动自动切换M100M110M120M130
手动加M101M111M121M131
手动减M102M112M122M132
实测温度D10D11D12D13
DA通道输出电流D20D21D21D23
选取其中一路作简要说明:
步：规划并设定控制区参数。PID控制共占用28个数据寄存器，路控温规划到D2000-D2027。
二步：PID调节与手动调节要相互协调，做到无扰切换。示例中，手动调节和自动调节终输出都归入D202

一：局域网内串口设备的联网

这种方式是应用范围广的组网方式，例如在一个工厂的自动化系统中，用户需要将车间内的每一个数控机床通过PX2002串口联网服务器与其本身的RS-232接口或是RS-422/485接口相连，通过10M/100M以太网与上位机/操作员工作站/工程师操作站建立计算机集中操作、监控的系统。用户分配给每个PX2002串务器一个企业局域网内的IP地址，如192.168.168.125。由此每个数控机床都成为配有IP地址的网络设备。

对于这个以计算机作为集中控制的应用，用户对于数控机床与上位机/操作站通讯的操作方式，可有2个选择：
1.1 虚拟串口方式：虚拟串口方式是为简单的局域网内设备与主控计算机通讯方式。通过PX2002附带的系统软件配置，可以将每一个连接串口服务器的数控机床的串口，虚拟成为一个主控机计算机本身的串口，由此主控计算机可任意与每台接入局域网的数控机床进行实时的双向数据交换。PX2002配置软件，可以支持用户主控计算机配置出自COM1至COM99多达99个的虚拟串口。在虚拟串口通讯方式下，系统对上位机的性能要求有较高的配置与负载能力，以满足多串口形式下数据的并发处理和维护。所以虚拟串口通讯主要应用于小规模终端联网的应用
1.2 TCP连接：采用TCP直接与系统的终端设备相连，多应用于大规模联网的需要。在这种应用方式下，用户也要给每个PX2002串务器分配一个局域网内固定的IP。由于采用的是TCP直接连接方式，这就要求上位机和PX2002串务器通讯采用socket连接，用户的上位机的形式为TCP Server设置，并提供的端口。所有的连接终端设备的PX2002串务器被设置为TCP Client模式。这就需要用户自可采用VB，C## ，Delphi等语言开发Socket应用的后台软件。通常对于大规模应用PX2002串务器的应用，我们用户采用socket方式建立上位机与终端间的直接TCP连接。我们提供相应的TCP Server测试软件与Socket编程帮助文档。

二：城域网内串口设备的联网
我公司在一个热电厂远程抄表与远程控制的项目中，由于每个换热站分布在城区的不同位置，系统要求每个换热站的RTU都要通过internet与热电厂的计算机集中控制系统连接。我们终用户采用的是有中国电信本地分公司提供的城域网方式以PX2002组网。每个连接RTU的串口服务器都配置一个城域网内固定的IP地址。系统结构的主控服务器为TCP Server形式，每个连接RTU的PX2002串务器配置为TCP Client，通讯采用TCP直接连接，由三方提供的抄表与控制软件具有socket功能。这种组网方式与在企业局域网内的组网基本原理与设置几乎相同，区别在于一个是由电信服务提供商构建的城域网，一个是由企业自身构建的局域网。

三：使用PPPOE协议，采用ADSL modem连接的跨网关通讯。
我公司生产型号为PX2002的串口联网服务器，一个重要的功能是具有PPPOE协议栈，与ADSL Modem相连可以接入互联网，具有跨网关通讯的特性。这个特性对于企业局域网或是电信业务服务商提供的城域网不能覆盖的范围内，串口设备如何联网，具有显著的意义。

我们同样以一个案例说明在采用ADSL拨号下，串口设备如何与远端的主控计算机建立的TCP连接。

国内某UPS生产商向我们提出了这样的一个需求：基于及时、快捷的给用户提供远程的设备运行状态监控、设备的远端调试与维护，客户需要给分布在全国各地所销售出的UPS通过互联网连接，与厂家的计算机监控系统组成一个跨网关通讯的应用。

由于PX2002串务器支持PPPOE方式下ADSL提供的动态IP连接，同时也支持ADSL绑定的固定IP连接。这种特性满足了分布于全国各地，无论采用网通或是电信的ADSL接入联网的用户各种形式的配置。

在这个方案中，UPS厂商的主控计算机配置了一个合法的公网IP地址作为TCP通讯服务器端，每个分布在全国各地的PX2002串务器，通过其随机配备的配置软件，被设置成工作为TCP Client模式，其中Remote Host IP Address (远端主机IP)设置为USP生产商所配置的那个合法的公网IP地址，连接的端口号为TCP通讯服务器所设置的端口号。在这种情况下，一但给PX2002串务器上电，PX2002将自动的采用PPPOE方式对ADSL modem拨号接入互联网，完成联网后，PX2002串务器主动连接那台UPS厂商配置好合法公网IP地址的TCP服务器，并于此TCP服务器建立socket连接，用以完成与交换。

四：不具有TCP协议的设备间的互联

我们所遇到的客户常常有这样的需求与困扰，比如如何让两台处在不同位置，而且相隔很远的PLC或是RTU建立点对点的通讯，或是建立点多多点的通讯模式？
例如在一个大范围的厂区内，2个在不同车间的PLC之间需要交换数据，单为此连接布线变得不可能或是其不便。如果恰好这2台PLC都可以由PX2002接入企业的工业以太网，那么可将其中的一台用随机配送的软件配置为TCP Server工作模式，另外一个PX2002配置为TCP Client工作模式，并将Remote Host IP address （远端主机IP地址）设置为那个作为TCP Server的PLC所被分配的工业以太网内的IP地址并设置其端口号。由此这两台PLC之间具备了相互直接TCP通讯的能力，而不必借助于任何计算机的帮助。

同理，如果用户要建立一个点多多点的设备间TCP直接连接，可将其中的一台设备所连接的PX2002 设置为TCP Server工作模式，其他附有PX2002的串口设备，均设置为TCP Client工作模式。

RS232与RS485是两个难搞清的东西，尽管它们非常不同。
1.什么是RS-232-C接口？采用RS-232-C接口有何特点？传输电缆长度如何考虑？
答：计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同 的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS- 232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同的用于串行通讯的标 准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加以规定。
（1）接口的信号内容 实际上RS-232-C的25条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9条引线。RS-232-C常用的9条引线的信号内容见附表1所示
（2）接口的电气特性 在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻 辑“1”，-5— -15V；逻辑“0” +5— +15V 。噪声容限为2V。即 要求能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号 作为逻辑“1”

(3) 接口的物理结构 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端. 一些设备与PC机连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。
(4) 传输电缆长度 由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中大距离会远过50英尺，美国DEC公司曾规定允许码元畸变为 10%而得出附表2 的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为DECP.NO.9107723 内有三对双绞线，每对由22# AWG 组成，其外覆以屏蔽网。2号电缆为不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯电缆。 附表2 DEC 公司的实验结果。

2. 什么是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特点？

答： 由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
（2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。
（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4） 传输距离有限，大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能 用在50米左右。
针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：
☉ 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。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
☉ RS-485的速率为10Mbps
☉ RS-485接口是采用平衡驱动器和差分的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
☉ RS-485接口的大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为的串行接口。 因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB- 9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。
3. 采用RS485接口时，传输电缆的长度如何考虑？
答：在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的大电缆长度是数据信号速率的函数，这个 长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。下图所示的大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线 径为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100欧 时所得出。（曲线引自GB11014-89附录A）。由图中可知，当数据信 号速率降低到90Kbit/S 以下时，定大允许的信号损失为6d时， 则电缆长度被限制在1200M。实际上，图中的曲线是很保守的，在实 用时是可以比它大的电缆长度。 当使用不同线径的电缆。则的大电缆长度是不相同的。例 如：当数据信号速率为600Kbit/S时，采用24AWG电缆，由图可知 大电缆长度是200m，若采用19AWG电缆（线径为0.91mm）则电缆长 度将可以大于200m； 若采用28AWG 电缆（线径为0。32mm）则电缆 长度只能小于200m。

编程应注意以下基本原则。

（1）外部输入/输出、内部继电器、定时器、计数器等软元件的触点可重复使用，没有必要特意采用复杂程序结构来减少触点的使用次数。

（2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。在继电器控制原理图中，继电器的触点可以放在线圈的右边，但在梯形图中触点不允许放在线圈的右边。

（3）线圈不能直接与左母线相连，也就是说线圈输出作为逻辑有条件。必要时可以使用一个内部继电器的动断触点或内部特殊继电器来实现。

（4）同一编号的线圈在一个程序中使用两次以上称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，这时的输出无效，只有后的输出才有效。但该输出线圈对应触点的动作，要根据该逻辑运算之前的输出状态来判断。如图3所示，由于m1双线圈输出，所以，m1输出随后一个m1输出变化，y1随个m1线圈变化，而y2随二个m1输出变化。所以，一般情况下，应尽可能避免双线圈输出。

（5）梯形图程序符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下执行，如不符合顺序执行的电路不能直接编程，例如图4所示电路不能直接编程。

（6）梯形图中串、并联的触点次数没有限制，可以无限制的使用，

（7）两个或两个以上的线圈可以并联输出。