太原西门子一级代理商变频器供应商

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在系统工程控制项目中AI显示控制仪表已广泛的安装在设备、系统内与其他仪器组合在一起使用。本文将对显示控制仪表与PLC组合集成应用的优点方法及应用进行分析介绍。

 现场控制系统的设计过程中，不但要考虑采用哪种控制设备，需要考虑使用目的，现场操作使用过程，要施工布线、盘内配线简单，还要考虑设备接续的兼容性，能连接多少台？连接的距离多远？怎样处理数据？通讯的速度？此外，维修的便利性、开发设计的工时、成本等多在项目的考虑之中。

2 把温度数据读取到PLC的优点

2.1 方案分析
 在显示控制仪表的基础上进一步增加通信功能，提高了显示控制仪表的附加值。通过通信功能把测量数据送至电脑、触摸屏或PLC，以此可以管理、分析温度数据，有利于高质量的生产管理。

 为了实现复杂的机械动作，在设备上采用PLC的案例越来增多。PLC随着控制技术的不断发展进化，现在其功能已接近于电脑。PLC不但可以处理字节等数据，而且还可以与外部仪表进行通信。用PLC的PID运算功能的温度模块，需要编写程序，复杂繁琐费时，而且还需要编程人员有PID控制的知识。一旦PLC故障，则温度控制部分也就停止工作了。

 把调节PID控制部分交给外部显示控制仪表来执行，PLC仅提供逻辑控制等信号，充分发挥外部显示控制仪表具有多种功能，可以实现许多PLC无法实现的功能。由于显示控制仪表部分是立的，即使PLC故障而导致设备的动作停止，也可以继续进行PID显示控制。

HMI触摸屏近期的发展中为重要的突破在于，该产品采用了RISC CPU、32M大容量内存和可任意扩展1～4G的CF闪存卡存储功能，具有了记录数据的功能，实现了数据、报警记录功能，将一个完整的工业现场的数据记录在CF闪存卡内，随时读取保存。

2.2 方案优点
 显示控制仪表和PLC配合使用的优点归纳如下。
 （1）大幅度地减轻PLC的负担；
 （2）用显示控制仪表自具有的功能实现PLC不能实现的功能；
 （3）实现了控制风险分散；
 （4）在触摸屏或电脑上同时显示顺序状态和控制数据显示状态；
 （5）根据工况状态来控制设备的运行；
 （6）以履历的方式显示警报以及与设备的联系；
 （7）容易变每种产品的参数设定；
 （8）进行温度的程序配方控制设定；
 （9）实现了电脑或触摸屏扩展CF闪存卡存储功能，来记录数据高质量的生产管理。

3 温度控制器与PLC的集成方法
 如上所述，显示控制仪表和PLC配合使用的优点受到设计和现场技术人员的，已被广泛应用。因为当初显示控制仪表的数据以电脑管理为主，开发显示控制仪表的通信协议时，考虑的是与电脑的连接。各个显示控制仪表、PLC厂家之间的通信协议各自立，没有统一规定。为了把温度控制器和PLC接续，需要两者的通信接口和协议一致。在PLC的RS485自由口编写通信程序。

3.1 把对方仪表的协议以任意地址编写程序的方法
 大多数PLC为了与外部仪表进行通信，可以配合仪表的协议而编写程序，所以在PLC侧编写收发信的通信程序，做成外部仪表可以理解的数据排列就可实现通信。采用这种方式的比较多。

 3.2实际应用
工业场合中,用1台PLC控制器连接多台显示控制仪表来控制 温度.液位.流量等.灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的。

 可编程控制器 用RS-485通信指令,方便的实现与多台厦门[宇电]AI仪表的串行通信.成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。

 可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达101台[宇电]仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1.2KM以上。

宇电AI仪表的串口通信协议 

 对于AI仪表其通信方式为RS-485, （1个起始位,1个或2个停止位,8位数据,无奇偶校验）通信传输数据的波特率（1.2K 2.4K 4.8K 9.6K 19.2K 可在仪表叁数baud中设定）

系统的总体设计
 图1为系统的总体设计方框图,这里可编程控制器与AI仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式,图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个AI仪表相连接,多可达到101台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份,（ 地址码可在仪表参数Addr中设定）.这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过通信线对挂在下面的所有仪表进行控制操作。

本例采用可编程控制器和AI仪表进行RS-485通信,实现了单台控制器控制多台AI仪表的任务,并能实时检测各仪表的运行状态,整个系统控制灵活方便, 方案结构简单,开发,,既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。如下例：

冷库控制：温控器通讯、温度监控记录、定时除霜

随着产品种类冷冻冷藏行业生产厂家越来越多的面对海外客户，这些客户均要求有产品在冷冻冷藏过程中的工艺参数主要是温度参数的记录、报告，因此要对原有的控制系统进行升级改造。为了大限度的减少投资，利用在原有温度控制器的基础上加装一个RS485通信模块及国产可编程控制器（Haiwell PLC）可非常经济方便的实现这些要求。现就对这一系统应用作一介绍。

如上图所示，系统主要有带RS485接口的温控器、可编程控制器、触摸屏等组成。

工作原理：利用Haiwell PLC的易用的通信功能，用Haiwell PLC的RS485口与16个温控器通信，采集各个冷库的温度，再通过Haiwell PLC的RS232口与计算机通信，在触摸屏用应用软件对各温度进行记录。

A、系统优点：
1、利用Haiwell PLC的通信指令MODR与MODW实现与AI显示控制仪表的数据读取与数据设定通信。所有Haiwell PLC的通信功能均可用一条指令实现，对特殊位、特殊寄存器编程，也管理多条通信指令的通信时序，同一个条件下可同时写多条通信指令。
2、Haiwell PLC内置标准Modbus协议，还可轻松实现与组态王软件通信；
3、利用原有的显示控制仪表加装一个通信模块，大大节约客户投资成本并大大节省改造工作量、改造时间；
4、Haiwell PLC标准配置1个RS232口和1个RS485口，且任何一个通信口均可作为主站也可作为从站。任何一个通信口均可作为编程端口，也可作为与3方设备通信的端口。在本应用中，用RS232口与计算机通信，用RS485口与AI宇电显示控制仪表通信。

B、主要硬件配置：
1、可编程控制器：HW-S32ZS220R 1台
2、AI显示控制仪表 AIBUS 16台
3、触摸屏 1台

C、程序设计亮点：
1、 利用MODR及MODW指令非常容易的实现与AI显示控制仪表通信；
2、 利用Haiwell PLC内置实时时钟功能及时间开关TIME指令，一条指令即实现每天定时除霜功能；

利用可编程控制器（Haiwell PLC）便利的通信功能及便利的指令集，经济的实现冷冻冷藏过程工艺参数的记录，满足客户化的要求。可广泛应用于冷冻冷藏行业旧系统改造及新系统的技术升级。

3.3 开放式现场总线的方法
 开放式现场总线也叫开放式网络，是各PLC厂家公开的规格。因为接在PLC上的各种仪表被统一为相同规格，所以无论哪个生产厂家的仪表都可以接续。开发程序时不用考虑其厂家的差异。

 这些开放式现场总线由各PLC厂家主导了多种规格，有各自为政之感。AI的仪表对应各种现场总线，如上所说。

4 结束语
 显示控制仪表进行温度、压力、流量的控制，PLC进行顺序动作的控制，可以发挥各自的特长。其数据通过通信的方式进行管理，提高生产性。使显示控制仪表在控制系统中显示了强大的优越性，应用广泛。

一 概述
    在工业控制中,串口是常用的计算机与外部串行设备之间的通道。由于串行通信结构简单、性强、实现及使用、通讯标准统一，因此在测控系统和工程中应用十分广泛。目前bbbbbbs在工业生产监控管理系统中已成为主流平台 ，bbbbbbs环境下的上、下位机之间的串行通信是设计与开发监控管理系统和集散控制系统的重要组成部分。

    Microsoft公司的VB++6.0是一种编程语言，它提供的串列通信控件封装了封装了Win32API中的标准通信函数，可以让方便开发串列通信上位机程序。
 
    PLC是现在控制领域不可缺少的部分，已经非常普及，如何简便的与PLC交互已经成为众多厂商新的竞争战场。由此产生了人机界面、组态软件等产品。这些产品的产生大大简化了对PLC的控制，操作，使用方便。但也有共同的缺点：价格过高和开放性较差。VB作为“原始＂的编程语言在这两方面无疑有着明显的优势。 

二 串行通信

    串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。 

    2.1 串行通信的分类 

    串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。 

    2.1.1 同步通信 

    同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。 

    它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。 

2.1.2  异步通信 

    异步通信中，在异步通行中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此立，互不同步。 

    接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。

    2.2 几种流行的串行通信协议

    RS－232、RS-422和RS－485都是串行数据接口标准，初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，后来陆续有不少改进版本，其中常用的是RS-232-C版。 

    目前RS-232是PC机与通信工业中应用广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。标准规定，RS－232的传送距离要求可达50英尺（约15米），速率为20kbps。

   RS232的通讯信号电平为正负5～15V，这不同于数字电路的0～3V或0～5V，所以要以RS232的方式进行通讯，源信号不匹配时需要进行电压转换。

    当进行数据传送时，只用一根数据线且只能进行单向传输的方式，称为单工方式； 当进行数据传送时，只用一根数据线利用不同时段进行双向传输的方式，称为半双工方式；当进行数据传送时，利用两根数据线同时进行发送和接收的方式，称为全双工方式。

    由于RS-232存在传输距离有限等不足，于是RS-422诞生了。RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（约1219米），并允许在一条平衡总线上连接多10个。当然，RS－422也有缺陷: 因为其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，所以在100kbps速率以内，传输距离才可能达到大值，也就是说，只有在很短的距离下才能获得传输速率。一般在100米长的双绞线上所能获得的大传输速率仅为1Mbps。另外有一点指出，在RS-422通信中，只有一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能进行通信，所以RS-422支持的是点对多点的双向通信。 

    为扩展应用范围，RS于1983年在RS-422基础上了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共围，后命名为TIA/RS-485-A标准。 
    由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相，如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻、大传输距离约为1219米、大传输速率为10Mbps等。但是，RS-485可以采用二线与四线方式，采用二线制时可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多点通信，但它比RS-422有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可接多达32个设备。

   三菱的 Q00PLC 的通讯接口为RS232。

三 三菱 Q00PLC 的通讯方式

    3.1 通讯协议

    三菱的 Q00PLC 采用列 MELSEC 通讯协议，即 MC 协议。MC协议采用帧的形式进行通讯，它包括以下几种形式：

    （1）、QnA 兼容3C 帧。此种帧包括1-4种格式。
    （2）、QnA 兼容4C 帧。此种帧包括1-5种格式。
    （3）、QnA 兼容2C 帧。此种帧包括1-4种格式。
    （4）、QnA 兼容3E 帧。此种帧包括1-4种格式。
    （5）、A 兼容1E 帧。

    3.2  实现方式

    （1） 命令文件的发送

    采用MC 协议进行的数据通讯采用半双工通讯方式进行。访问PLC CPU 时对于刚刚进行的命令文件发送请在接收PLC CPU 侧发送的响应文件后发送下一个命令文件（在响应文件的接受尚未完成之前不能进行下一个命令文件的发送）
 

    （2） 对于命令文件不能接收正常结束的响应文件时

     接受异常结束的响应文件时，可根据响应文件中的出错代码进行处理

    3.3 Q00PLC 的帧格式

    Q00PLC内置了MC通讯协议的QnA 兼容3C 帧和 RS232 通讯接口，所以不用外加通讯模块就可以实现与上位机的通讯。本例拟采用QnA 兼容3C 帧的4种格式进行通讯。

    3.3.1 对方设备读出上位站PLC CPU 的数据时

    a 上位机向 PLC CPU 侧传输命令传输文件，下图中头所指的区域为请求数据区。
 

    b PLC CPU 侧响应上位机的应答传输文件，下图中头所指的区域为从PLC中读出并返回的数据
 

    3.3.2 对方设备向上位站PLC CPU 写入数据时

    a 帧格式与图3中的格式类似，只是帧中的命令和子命令为读取时的命令，请求数据区中增加了写入的数据。
    b 帧格式与图34中的格式类似，只是没有返回的数据。

四 bbbbbbs环境下 VB 与 Q00PLC 通信的实现

    4.1 系统分析与说明

    bbbbbbs系统为每个通信设备开辟了用户定义的输入/输出缓冲区，数据进出通信口均由系统后台来完成，应用程序只需完成对输入/输出缓冲区操作就可以了。实际过程是每接收一个字符就产生一个低级硬件中断，bbbbbbs系统中的串行驱动程序就了控制权，并将接收到的字符放入缓冲区，然后将控制权返还给正在运行的应用程序。如果输入缓冲区数据已满，串行驱动程序用当前定义的流控制机制通知发送方停止发送数据，而队列中的数据按先出 （FIFO）的次序处理。

在bbbbbbs中，串行通信有两种工作方式：查询方式和事件驱动方式。查询方式占用大量的CPU时间，效率较低，但是数据不易丢失；而Win32操作系统基于事件驱动 （也称为消息驱动）机制的内核，支持基于进程的协同式多任务和基于多线程的抢先式多任务。基于事件驱动的多线程应用程序实际上在其内部实现了多扩展，为代码赋予了并行执行的特性，可以使应用程序对CPU的利用率大大提高，从而提高系统的响应能力，加快信息处理速度，提高通信程序的实时性和增大数据吞吐量。

基于以析，以事件驱动方式实现bbbbbbs下的串行通信具优势，它能完成较大数据量的实时通信，大大提高了通信的效率，故本程序采用此种方式进行串行通信，至于通信的性可以通过软件设计来保证。

bbbbbbs平台下利用VB实现串口通信主要有以下两种方法：

    1）使用bbbbbbs API（Application Program Interface）函数。这种方法可编写移植性强的通信程序，但用Declare声明VB中所要用的动态链接库DLL，这需要对bbbbbbs API函数有深入的了解，编程较复杂。

    2）使用Microsoft公司提供的Active X控件MSComm。该通信控件通过改变对象属性，向对象发送消息及为对象事件编写响应代码，可以方便地完成用户应用程序间的串行通信，既可实现API函数的所有功能，又使得编程效率提高，应用功能增强，并且程序简单明了。

    对于MSComm控件实现串口通信的操作很多文献都有论述，该控件的主要属性可参考相关文献，在此仅列出常用的属性和方法。需要强调的是：在数据发送与接收过程中，都要通过一个Variant类型变量作为中介。发送数据时，先将要发送的数据赋给一个Variant类型变量，再把该Variant变量赋值给MSComm的Output属性；同样接受数据时，也应先将MSComm的bbbbb属性赋值给Variant变量，待接收端收到后转换成其它类型（如字符型、二进制型）的数据才能进行处理。本例采用MSComm控件来实现。

下面介绍MSCOMM控件的属性:

    CommPort:设定通信连接端口代号，程序所要使用的串行端口号，bbbbbbs系统使用所设定的端口与外界通信。
    PortOpen:设定通信口状态，若为真，通信端口打开，否则关闭。
    Settings:设定通信口参数，其格式是"bbbb,p,d,s"，其中bbbb为通信速率（波特率），p为通信检查方式（奇偶校验），d为数据位数，s为停止位数，其设定应与PLC的设定一致。
    bbbbb:将对方传送至输入缓冲区的字符读入到程序。
    Output:将字符写入输出缓冲区。
    InBufferCount:传回接收缓冲区中的字符数。
    OutBufferCount:传回输出缓冲区中的字符数。
    bbbbbLen:设定串行端口读入字符串的长度。
    bbbbbMode:设定接收数据的方式。
    Rthreshold:设定引发接收事件的字符数。
    CommEvent:传回OnComm事件发生时的数值码
    OnComm事件:无论是错误或事件发生，都会触发此事件。

1、引言
1.1随着市场对冷弯型材需求量的不断增长，特别是对有孔冷弯型材的需求，在线预冲孔冷弯成型生产线的设计和制造技术也需要不断发展与成熟，如：在线预冲孔孔位分布的演变、产品品种的多样化和小批量化要求、材料利用率的提升和设备的易操作等方面均对设备的复合化和电气控制技术提出了高的要求，本文拟就SIMATIC S7-300PLC在在线预冲孔冷弯成型生产线中的具体应用和软硬件设置、主要程序的组成功能、PID控制原理及系统调试等方面进行探讨。

2、 PLC系统配置
2.1 根据在线预冲孔冷弯成型的产品加工工艺、单机功能配置及运动分析、设备的操作与维护保养等方面的要求，本机组电气控制部分采用西门子S7-300PLC，PLC与监控系统以及各从站之间的通讯采用PROFIBUS-DP现场总线方式；冷弯成型机组的主动力由SIMENS公司6RA28系列直流调速控制器和直流电机实现，为了减少故障排除时间，整线电气控制系统有启动提示、故障报警、自动停机，并通过汉字显示终端，显示部分故障的详细内容及提示。
2.2 PLC硬件配置：1）、处理单元选用SIMATIC S7-300 CPU315C-2DP一块，它具有大型的程序存储容量，并有PROFIBUS-DP主/从接口，可以配制成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。2）、伺服电机定位模块SIEMENS 6ES7 354一块，3）、SIMATIC S7-300 OP27一块，4）、继电器输出单元SIEMENS 6ES7 322五块，5）、SIMATIC S7-300 6ES7 FM350高速计数模块一块，6）、SIMATIC S7-300 PS307电源模块一块，7）、接口模块IM153二块，8）、数子量输入输出模块SIEMENS 6ES7 321十块，9）、人机界面TP170A一块，方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，实现从S7-300中数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据，S7-300操作系统自动地处理数据的传送。 10）、PROPHBUS网站一套等。
2.3程序设计：SIMENS公司的S7-300PLC程序主要采用结构化的设计方法，各主要功能块如：PID控制、故障处理、TP170A的通讯接口等均用子功能块FC实现，需要时在主程序OB1中调用，程序结构见图1，下面主要通过Profibus-DP总线进行通信和控制的交流伺服控制系统来说明S7-300PLC的软件设计，其程序主要有OB100、OB1、FB40和FB41组成。
         
如图1    程序结构
2.4 OB100是暖启动组织块，系统启动就调用OB100，主要作用是初始化已经打开的背景数据块，为伺服控制器设置输入/输出总线；如下程序片段：
程序段1：
CALL  "POS_INIT"                  // Initialization of the user DB
      DB_NO  :=1                       // DB number
      CH_NO  :=1                       // Channel number
      LADDR  :=256                     // Module address
      RET_VAL:="DBEX".ERR_CODE_INIT    // Error code
      L     "DBEX".ERR_CODE_INIT        // Error code bbbbuation
      L     B#16#0
      ==I   
      R     "DBEX".INIT_ERR             // Reset error for INIT function
      JC    NWE
      S     "DBEX".INIT_ERR             // Flag error for INIT function
NWE:  NOP   0
程序段2：
      OPN   "DBEX"
      L     B#16#0                      // bbbbb DBEX
      T     DBD    0                    // Begin with DBEX.DBD0
      T     DBD    4                    // 
      T     DBD    8                    // 
      T     DBD   12
      T     DBW   16
程序段3：
      L     B#16#64
      T     "DBEX".OVERRIDE             // Set override to **
      SET   
      S     "DBEX".SERVO_EN             // Set servo enable
      S     "DBEX".DRV_EN               // Set drive enable
      S     "DBEX".EX3.READ_EN          // Set read enable (EX3)
      BE  
2.5 OB1是主程序块，根据实现的各作业功能编写出显示块、参数设置块、工作运行块、自动循环块、动力组调整块等。这块程序块由OB1调用，实现整体和程序的协调运行，包括功能FC32、功能块FB40、功能FC37和背景数据块DB40等，其中FC32的功能是定期的读和新来自总线上的背景数据块的数据；功能块FB40是控制伺服控制器的主要程序块，它将完成伺服控制器的初始化和位置控制，主要包括功能FC40和功能FC41；FC40主要完成轴的初始化；FC41是整个伺服控制系统的部分，能够实现诸如速度命令、位置命令、力矩命令、原点复归命令以及从总线上读取伺服控制器的反馈值等控制；FC37是复位模块，能总线的错误信息并产生一个复位命令使伺服控制器重新复位；DB40是功能块FB40的背景数据块。
2.6 FC30是FC40的子块，完成从PLC到伺服控制器的命令传递，检查命令是否被正确执行并对错误进行处理；FC31是FC41的子块，对FC41的完成情况进行诊断并传递给总线；FC33和FC34是功能块FB40的附属，前者对当前伺服控制器的状态进行检查，以便下一个指令的发送；后者处理多个伺服控制器的同步问题（在实际冷弯产品中存在多工位在线伺服控制模式）等。
2.7 STEP7提供了两种常用的PID算法：连续型PID（FB41）和离散型PID（FB42），本系统选用FB41，它是根据系统的采样周期而获得的输出控制，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢，初期PID参数整定不能单靠理论计算来确定PID参数，实际PID的参数设定通过对被控参数的实时曲线和分布规律的实现程度，即其精度和运行稳定程度来调整，以达到控制效果。

3、 系统PID参数分析与整定
3.1 PID参数：鉴于货架冷弯型钢冷弯生产线的具体生产过程的间断性特点，有利于采用现场经验整定法有效PID参数并能达到一个较好的控制效果，初期PID比例参数按经验数据设定，并依先比例，后积分，后微分的顺序进行PID参数调整，在观察现场控制过程、过程值及运动控制精度的测量比较的同时，慢慢的改变PID参数值并反复凑试，直到运动控制精度及其稳定性符合要求为止。PID整定参数确定后，并不能说明它永远都是的，仍然会受外界扰动而发生根本性的改变并要求重新根据需要进行参数的整定，实际过程中可以发现输出与误差的关系式如下所示：
 
上式中，U(n)为n个采样周期的控制输出；e(n)为n个采样周期的位置误差；n为正常采样周期； 为微分采样周期；kp为比例增益；ki为积分比例增益；kd为微分比例增益。PID控制系统调节输出就是为了保偏差值e为零，使系统达到一个预期稳定状态。
3.2控制系统参数的整定：主控PLC程序中的PID参数整定及系统运动分析，看给定的参数是否符合控制系统的要求，该过程需用参数整定实现。参数整定的主要任务是确定kp、ki、kd、采样周期n及微分采样周期 ；比例增益kp提供了一个与位置误差成正比的输出，比例系数kp增大，使伺服驱动系统的动作灵敏、响应加快，而过大会引起振荡，调节时间加长；积分比例增益ki提供了随时间增长的输出，因此保了静态位置误差为0，积分系数Ki增大，能系统稳态误差，但稳定性下降；微分比例增益kd提供了与位置变化率成正比的输出，起到了前控制的作用，减小了系统的调，保证了系统的动态特性良好，微分控制kd可以改善动态特性，使调量减少，调整时间缩短。采样周期的选取应远小于对象的扰动周期、应比对象的时间常数小得多、应考虑执行机构的响应速度、对象所要求的调节品质等，实际上尽量选取小量值；具体整定过程需要根据PID参数来现场的适应参数和现场的实际调整设定，由于系统主控PLC程序中的PID参数不能实现实时在线调整，需要根据不同的产品或负载情况分别整定，并在生产工具过程中通过触摸屏分别输入整定值来实现有效控制，否则易形成位置控制过程的调或振荡等现象。

4 调试要点及注意事项
4.1交流位置伺服系统的动态性能是冷弯设备在线调试过程中的重要阶段，直接决定了冷弯设备的工作性能和产品的孔位精度分布规律和控制精度。如货架冷弯机组中的伺服系统的控制要求很高, 不应有任何振荡和调, 否则会造成货架组件的侧立面孔位误差大，孔位分布不均匀，严重影响货架的装配精度和使用性能，降低成品率，增加生产经营成本。货架冷弯机组中的伺服定长送料为断续送料模式，其送料的长度与配套设备的加工时间决定于交流位置伺服系统的运动节拍，控位精度及交流位置伺服系统的动态性能等，其动态性能一般可由系统在单位阶跃输入信号作用下的时间响应曲线来描述。如图2所示可通过多种调整变化的形式逐渐到达定位点，我们希望获得图中标示为1的单调变化模式，不希望出现标示为2或3的振荡波形，标示为4的调整模式会形成不到位故障或伺服系统随动误差大、调节时间延长等现象，影响整机的速度匹配和控制精度等。图示出的常用的动态性能指标有： 上升时间tr、调节时间ts和调量σ%。其中上升时间tr反映了系统的动态灵敏度和系统过渡过程的快速性； 调节时间ts又称过渡过程时间，是衡量系统快速性的主要指标； 调量σ%是反映在系统过度过程进行得是否平稳的指标。
               
图2 交流位置伺服系统的动态性能图示

     4.2在系统调试时, 可通过对系统动态性能的这些指标进行在线软件测试、相关数据分析得到系统参数应调试的值, 如：SIMATIC STEP 7软件针对SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模块的DB1200中的参数和数据进行调节，实现控制精度、运行速度等的优化配置以及在线伺服系统的监测，系统分析关键参数的走势，如运动调量的变化、速度及电流值的变化，从而调节使伺服系统达到理想状态。如确认伺服系统运动执行元件对上位机的指令执行偏差情况，可采用指令偏差的自动或手动模式进行调整，适当优化伺服控制器和伺服电机的设定参数，对SIMATIC S7-300上位机及SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模块伺服控制参数的设定和调整等，也可选用特定的调试软件来辅助设定和调整控制参数。如：速度指令调整增益、速度环路增益等增益参数的调整，来获得优化参数和控制效果，由于伺服系统带负载运行时存在系统与负载动态匹配的问题、存在参数时变、负载扰动以及伺服电机自身和被控对象的严重非线性、强耦合性等不确定因素，在线修订模糊控制的数学模型和控制敏感参数，相应的PID控制参数，以实现系统无调和振荡现象。如：货架冷弯机组在设计时会考虑使用多板厚同规格的系列产品、或通过不同的冷弯工艺在一条生产线上生产不同规格尺寸的货架产品，故交流位置伺服系统的负载的大小和性质会发生多种变化，甚至相同规格卷料在换后也会造成负载的不稳定与变化, 这种变化将使系统的性能特别是动态性能变得复杂，使运动定位出现振荡、调甚至于不能稳定运行，在调试现场测定系统所带负载的动态性能指标和伺服系统在线带负载时的动态性能指标, 在调试过程中对系统进行动态性能分析与测定, 并凭经验由人工进行现场在线修正与调试，调试现场也需要配合相当的人力进行相关数据的收集整理、数据分析处理等。
4.3主要完成以下工作：1）、实时采集数据, 即测试带载系统的动态性能参数, 如实际速度、实际位置参数等，主要是通过一些的参数单元、计算及软件，通过使用这些工具和手段进行有关参数的设定、监控、波形显示、I/O检查监控、在线调整、运动参数的与处理等。2）、辅助作图, 把这些参数用曲线形式表示出来, 如画成速度响应曲线、位置响应曲线等；3）、求出系统的动态性能指标, 如: 上升时间tr、调节时间ts和调量σ%等。4）、根据系统动态性能指标的走势，重新制订交流位置伺服系统的性能在线调试方案，5）、事实上可以实现伺服定位控制稳定在编码器一个角脉冲波动范围上，并稳定实现运动控制。如：我公司选用的编码器为2000p/r，测量辊周长为300mm，货架组件的孔位控制精度理论上可实现±0.075mm，考虑到冷弯卷料的表面平整度等其它因素的影响，其实际孔位控制精度要低些；根据从生产现场采集到的数据分析，实际孔位控制精度σ达到±0.10mm以内，且误差基本符合正态分布规律，从根本上也保证了总长度上的累积误差小，基本稳定在6σ以内。交流伺服系统运行速度可达60M/min以上，整机匹配运行速度可达到20M/min以，大地提高了冷弯型钢产品的生产制造品质、生产效率和应用范围。
4.4系统的机械控制精度对电气系统的控制精度存在一定的影响,可通过电气上的通电保持和实际的转矩平衡、适当的机械定位抱闸及加工原料的平整度等方面进行综合控制以缩短系统的在线调试时间和周期，为保证冷弯组件的质量和生产成本，还定期对旋转编码器测量辊的磨损进行校准修正、相关外围设备参数变化或调试过程中的机组再调整、设备的维护保养等，从而尽量在很多场合达到较位置控制的要求。并根据具体产品进行参数优化和性能分析，以提高系统的广泛适应性。

5、结论
运用SIMATIC S7-300 可编程控制器在在线预冲孔冷弯成型生产线中的具体应用及编程设计、调试。基本可实架立柱的孔位误差控制精度要求，该系统经过实际在线调试和运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行，减小了操作人员的劳动强度，提高了生产效率。将在线预冲孔冷弯成型生产线的生产效率和产品质量提升到了一个新的层次，应该说其整体规划设计思路和具体应用调试过程是成功的。