基于PLC的水箱液位控制系统的设计与其实现.docx

本 科 毕 业 设 计基于PLC的水箱液位控制系统的设计与其实现【摘要】本文结合自动控制、通讯、及计算机等领域的相关知识，对PLC控制系统的产生和发展做了一个具体的介绍。闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。现代大中型的PLC一般都配备了PID控制模块，可进行闭环过程控制。当控制过程中一个变量出现偏差时，PLC能按照PID算法计算出正确的输出去控制生产过程，把变量保持在整定值上。基于PLC的水箱液位控制系统采用PLC作为控制系统的核心，利用西门子公司的S7-300系列PLC编程软件中的PID控制功能块来实现控制算法以及编程和硬件组态，通过和计算机的通信实现数据的自动处理和操作的远程控制,WinCC组态远程监控画面，从而实现对P、I、D三参数的实时修改，来实现液位的稳定控制。【关键词】PLC PID控制 WinCC组态 【Abstract】.Closed loop process control refers to closed loop control about continuous changed analog quantity of temperature、stress and flow etc. Generally, large-medium- sized PLC equip with model block of PID control, which can be put into closed loop process control. When one variable has deviation, the PLC can correctly calculate the output to control the production process by PID control algorithm, and keep the variable on given value.The control system of cisterns level adopts PLC as its control system kernel, and use the PID function block to achieve control algorithm by programming software of Siemens Companys S7-300 series PLC, and this system could automatically handle data and remotely operate through the communication between PLC and computers. The control monitor software adopts Siemens Companys WinCC configuration software, pursuant can achieve adjustments of control parameters on line and monitor the running state of controlled object on real time.【Key Words】PLC PID Control WinCC Configuration 目 录第一章 绪论11.1 PLC的基本概念11.1.1 PLC的基本结构21.1.2 PLC的特点31.1.3 PLC的主要功能51.2 PLC的工作原理61.2.1 PLC的循环处理过程61.2.2 扫描循环时间81.2.3 输入/输出滞后时间81.3 西门子PLC简介91.3.1 概述91.3.2 S7-300系统PLC介绍101.3.3 S7-300主要功能模块介绍10第二章 STEP7编程软件简介152.1 STEP7概述152.1.1 STEP7编程软件的功能152.1.2 STEP7的编程功能152.1.3 STEP7的硬件组态与诊断功能16第三章 WINCC组态软件技术183.1 组态软件概况183.1.1 组态软件的由来183.1.2 组态软件的发展183.2 组态软件的分类和基本组件193.2.1 组态软件的分类193.2.2 组态软件的基本组件193.3 WinCC组态软件203.3.1 WinCC组态软件概述203.3.2 WinCC组态软件的基本构成203.3.3 WinCC组态软件的功能223.3.4 WinCC组态软件的数据处理流程23第四章 PID调节原理244.1 PID控制概述244.1.1 比例调节（P 调节）244.1.2 积分调节（I 调节）254.1.3 比例积分调节（PI 调节）254.1.4 比例积分微分调节（PID 调节）264.2 数字PID控制算法274.3 PID控制参数对性能的影响284.4 确定PID参数初值的工程方法294.5 PID参数整定30第五章 基于PLC的水箱液位控制系统的设计315.1 PLC控制拒315.1.1 模拟量输入输出模块315.1.2 数字量输入输出模块315.2 水位控制系统实验装置及其组成325.2.1 过程控制实验装置介绍325.2.2 水位系统过程控制实验装置对象组成结构325.3 基于PLC的水箱液位控制的软件设计355.3.1 控制原理355.3.2 STEP 7 硬件组态及编程设计365.4 WinCC 监控画面设计44第六章 基于PLC水箱液位控制实验结果分析586.1 一阶单容上水箱对象特性测试586.1.1 动态特性586.1.2 一阶单容上水箱对象特性曲线测试596.2 PID控制器的参数整定616.2.1 P调节与分析616.2.2TI调节与分析636.2.3 TD调节与分析656.2.4 加扰动676.3 结论68致 谢69参考文献70第一章 绪论1.1 PLC的基本概念20世纪60年代末，随着现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，对工业控制器的要求也越来越高。1968年，美国通用汽车公司(GM)要求装备一种新型的通用程序控制器，并提出了10项指标： 1) 可靠性高于继电器控制拒。2) 体积小于继电器控制拒。3) 可将数据直接送入管理计算机。4) 在成本上可与继电器控制拒竞争。5) 输入可以是交流115V。6) 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等。7) 在扩展时，原系统只需要很小变更。8) 用户程序存储器容量至少能扩展到4K1。这就是著名的GM10条，它是各种点控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，也是可编程序控制器出现的直接原因。美国数字设备公司(DEC)研制出符合GM10条的第一台控制器，当时把这种控制器称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller )，简称PLC。并在GM公司使用成功，从而开创了工业控制新时期。在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会(NEMA)于1980年把这种新型控制器正式命名为可编程控制器(Programmable Controller)，缩写为PC。并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。”国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了定义：“可编程控制器是数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计2。”1.1.1 PLC的基本结构本设计以西门子公司的S7-300系列PLC为研究对象。S7-300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装在机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC或通信设备通信。1. CPU模块由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。2. 信号模块输入模块和输出模块简称I/O模块,开关量输入、输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AO模块，它们统称为信号模块。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供地连续变化地模拟量电压电流信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。CPU模块内部地工作电压一般是DC5V，而PLC地输入/输出信号电压一般较高，例如DC24V或AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。3. 功能模块为了增强PLC的功能，扩大其应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务。4. 接口模块 CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。接口模块用来实现中央机架与扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。5. 通信处理器 通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-I和工业义太网，或者用于实现点对点通信等。6. 电源模块 PLC一般使用AC 200V电源或DC 24V电源，电源模块用于将输入电压转换为DC 24V电压和背板总线上的DC 5V电压，供其他模块使用。7. 编程设备 S7-300使用安装了编程软件STEP7的个人计算机作为编程设备，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络可以实现远程编程和传送。编程软件还具有网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断等功能8。1.1.2 PLC的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强为了确保PLC在恶劣的工业环境下能可靠地工作。在设计中强化了PLC的抗干扰能力，使之能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰。PLC能承受电网电压的变化，可直接由交流市电供电，直接取自电控箱电源。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关地少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成地故障。PLC在设计、生产过程中，除了对元器件进行严格的筛选外，硬件和软件还采用屏蔽、滤波、光电隔离和故障诊断、自动恢复等措施，有的PLC还采用了冗余技术等，进一步增强了PLC的可靠性。通常PLC的平均无故障时间可达几万小时以上，有的甚至达几十万小时以上， PLC已被广大用户公认为最可靠地工业控制设备之一。2. 通用性强、灵活性好、功能齐全PLC是通过软件实现控制的，其控制程序编在软件中，实现程序软件化，因而对于不同的控制对象都可采用相同的硬件进行配置。目前，PLC产品已系列化、模块化、标准化，能方便灵活地组成大小不同、功能不同的控制系统，通用性强。由于可编程控制功能齐全，几乎可以满足所有控制场合的需求。组成系统不同，即使控制程序发生变化，只要修改软件即可，增强了控制系统的柔性。一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便快速地适应工艺条件的变化。4. 编程方法简单PLC在基本控制方面采用“梯形图”语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简练、直观性强，易被人接受。用梯形图编程出错率比其他语言要低得多。PLC还可以采用面向控制过程的控制系统流程图编程和语言方式编程。梯形图、流程图、语句表可有条件地互相转换，使用极其方便。这是PLC能够迅速普及和推广的重要原因之一。5. 安装、调试方便PLC安装简便，只要把现场的I/O设备与PLC相应的I/O端子相连就完成了全部的接线任务，缩短了安装时间。PLC的调试工作大部分为室内调试和现场调试。室内调试时，用模块开关模拟输入信号，其输入状态和输出状态可以观察PLC上的相应的发光二极管。可以根据PLC上的发光二极管和编程器提供的信息方便地进行测试、排错和修改。室内模拟调试，即可到现场进行连机调试。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量地中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜地设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种设计方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，如果掌握了正确的设计方法，设计梯形图的时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。6. 维修工作量少，维修方便PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。PLC又能事先进行模拟调试，更减少了现场的调试工作量，并且PLC的监视功能很强，模块化结构大大减少了维修量。7. 模块化结构 PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块式设计，由机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行配置，从而实现最佳性能价格比。由于配置灵活，使扩展、维护方便。8. 体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。PLC控制系统与继电器控制系统相比，配线用量少，安装接线工时短，加上开关柜体积的缩小，因此可以节省大量的费用8。1.1.3 PLC的主要功能在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：1. 开关量逻辑控制 这是PLC最基本的功能，PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统。2. 模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。而PLC中的微处理器CPU只能处理数字量。所以PLC中配置了A/D和D/A转换模块，把现场输入的模拟量A/D转换后送CPU处理。而CPU处理的数字量结果，经D/A转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。3. 闭环过程控制 运用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID控制单元或模块，对控制过程中某一变量(如电压、电流、温度、速度、位置等)进行PID控制。4. 数据处理现代的PLC具有整数四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位、浮点数运算等运算功能，和数据传送、转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能抄送到别的智能装置，或者将它们打印制表。5. 定时/计数控制 PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至数白个定时器或计数器。定时器的精度可以由用户进行选择或设定。在需要对频率较高的信号进行计数时，还可以选用高速计数器。6. 通信联网现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与其他智能控制设备之间的通信，从而构成“集中管理、分散控制”分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC还可与其他智能控制设备（变频器、树控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制系统，可提高控制交流电动机的自动化水平8。1.2 PLC的工作原理1.2.1 PLC的循环处理过程CPU中的程序分为操作系统和用户程序。操作系统用来处理PLC的起动、刷新输入/输出过程映像区、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和通信等任务。用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务。STEP7将用户编写的程序和程序所需的数据放置在块中，功能块FB和功能FC相当于用户编写的子程序，系统功能块SFC和系统功能块SFB是操作系统提供给用户使用的标准子程序，这些块统称为逻辑块。PLC采用循环执行用户程序的方式，这种运行方式也称为扫描工作方式。OB1是用于循环处理的组织块，相当于用户程序的主程序，它可以调用别的逻辑块，或被中断程序中断。PLC上电后，在系统程序的监督控下，周而复始地按一定的顺序对系统内部的各个任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是按顺序循环扫描的过程。执行一个循环扫描过程所需要的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU执行启动操作，清除没有保持功能的位存储器、定时器和计数器，清除中断堆栈和块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等。此外还要执行一次用户编写的“系统启动组织块”OB100，完成用户指定的初始化操作。以后将进入周期性的循环运行。下面是循环处理各个阶段的任务（如图1-1）：1) 操作系统启动循环时间监控。2) CPU将输出过程映像区的数据写到输出模块。3) CPU读取输入模块的输入状态，并存入输入过程映像区。4) CPU处理用户程序，执行用户程序中的指令。5) 在循环结束时，操作系统执行所有挂起的任务，例如下载和删除块，接收和发送全局数据等。6) CPU返回第一阶段，重新启动循环时间监控。循环程序处理过程可以被某些事件中断。如果有中断出现，当前正在执行的块被暂停执行，并调用分配给该事件的组织块。该组织块执行结束时，被暂停执行的块将从被中断的地方开始继续执行。在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别被称为输入过程映像区和输出过程映像区。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区。在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的过程映像区。 图1-1 扫描过程 在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别被称为输入过程映像区和输出过程映像区。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区。在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的过程映像区。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入过程映像位的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个循环扫描周期的读输入模块阶段被读入8。1.2.2 扫描循环时间循环时间（Cycle Time）指操作系统执行一次循环操作所需的时间，包括执行OB1中的程序段和中断该循环的系统操作的时间，循环时间又称为扫描循环时间（Scan Cycle Time）或扫描周期。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在循环时间中占相当大的比例。1.2.3 输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的外部输出信号发生变化的时刻的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外部输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在 10ms左右；双向晶闸管型输出电路在负载通电时的滞后时间约为1ms，负载由通电到断电时的最大滞后时间为10ms；晶闸管型输出电路的滞后时间一般在1ms以下。由扫描工作方式引起的滞后时间最长时间可达两三个扫描周期。PLC总的响应延迟时间一般只有几毫秒到几十毫秒，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC或采取中断等措施。1.3 西门子PLC简介1.3.1 概述SIMATIC PLC是德国西门子公司在1995年推出的性能价格比较高的PLC系统。其中微型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO。可扩展27个模块，最大I/O点数64DI/DO、12AI/4AO。中小型的有SIMATIC S7-300,中高档的有SIMATIC S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都具有模块化、无排风扇结构和易于用户掌握等特点。使得S7系列PLC成为各种从小规模到中大规模应用的首选产品。该系统提供了完成各种控制任务既方便又经济的解决方案，其中，S7-300由于其系统的优良特性，近年来，被广大应用于专用机床、纺织机械、包装机业、通用机械工程应用、控制系统、机床、楼宇自动化、电缆制造工业及相关产业等诸多领域。S7-300 提供了多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块，而且当控制任务增加并且愈加复杂时，可随时附加模块对PLC进行扩展，系统扩展灵活。 SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，主要功能如下：1. 高速的指令处理SIMATIC S7-300的指令处理时间为0.10.6S,在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。浮点数运算功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。带标准用户接口的软件工具可给所有模块进行参数赋值。2. 人机界面(HMI)方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中取得数据，S7-300操作系统自动处理数据的传递。3. 诊断功能智能化的CPU诊断系统可连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如超时、模块更换等)。4. 口令保护多级口令保护可以使用户有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序8。 1.3.2 S7-300系统PLC介绍S7-300系列PLC功能强、速度快、扩展灵活，具有模块化、紧凑的结构如图1-2。使用范围从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制.应用领域极为广泛，包括所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括电力设施、民用设施、机械、机床等领域。图1-2 S7-300PLC S7-300系列具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、操作便捷、内置丰富的集成功能、实时特性，强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。S7-300系列的强大，或相连功能使其无论是在独立运行中成网络都能实现复杂控制功能。所以它具有极高的性价比。S7-300系列可以根据对象的不同，可以选用不同的型号和不同数量的模块.并可以将这些模块安装在同一机架上。1.3.3 S7-300主要功能模块介绍一个完整的S7-300系统主要包括：1. 中央处理器(CPU) S7-300提供了各种性能不同的CPU模块，包括CPU312FM、CPU313、CPU314、CPU315/CPU315-2DP等，以满足用户不同需求。2. 信号模块(SM)SM使不同级的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配。用于数字量和模拟量输入/输出。对于每个模块都配有自编码的螺旋型连接器，外部的过程信号可以很方便地连在信号模块的前连接器上。3. 通信处理器(CP)用于连接网络和点对点连接，减少了CPU的通信任务。4. 功能模块(FM)用于实时性要求高、存储器容量要求大的过程信号处理任务。5. 负载电源模块(PS)用于将AC120V/230V转换为DC24V的工作电压，为S7-300和DC24V负载电路提供电源。6. 接口模块(IM)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)，可以操作多大32个模块。本毕业设计所使用的CPU为CPU315-2DP,所以下面仅对该系统所涉及的模块进行简率介绍：一、 组织块1) 程序循环组织块OB1OB1的优先级最低。其循环时间被监控。即除OB90以外，其它所有OB均可打断OB1的执行。以下事件可导致操作系统调用OB1： CPU启动完毕。 OB1执行到上一个循环周期结束。OB1执行完毕后，操作系统发送全局数据。再次启动OB1之前，操作系统会将输出映像区数据写入输出模板，刷新输入映像区并接受全局数据。2) 循环中断组织块OB35OB35是循环中断组织块，它默认的时间间隔是100ms，默认的优先级是12。二、 功能块连续调节功能FB41“CONT_C”SFB/FB41“CONT_C”（连续调节器）用在SIMATIC S7可编程逻辑控制器上，用于调节带有连续输入和输出变量的技术过程。赋参数时可以激活或取消PID调节器的子功能，以使调节器与过程匹配。赋参数可以简单地通过参数值工具进行。该调节器可以作为固定设定值PID调节器，或者在多闭环控制中心作为串级调节器，混合调节器或比例调节器（本课题把它作为PID调节器）。调节器的功能基于带模拟信号的采样调节器的PID控制算法，如果需要，还可以扩展出一个脉冲发生器级，以产生脉宽调制的输出信号，用于或三个带比例执行器的步进调节器。除了设定值通道和过程数据通道的功能外，SFB/FB41能实现带连续被控量输出的完整的PID调节器，并可以选择手动控制被控量，下面是这些子功能的详细说明：设定值通道：设定值一浮点数格式在SP_INT端输入。过程变量通道：过程变量可以以外设（I/O）或浮点数格式输入。CRP_IN功能下面公式将PV_PER外设值转换成-100%到+100%之间的浮点数格式：CRP_IN的输出 = PV_PER * (100/2764)PV_NORM功能按下面公式规范CRP_IN的输出：PV_NORM的输出 = （CPR_IN的输出）* PV_FAC + PV_OFFPV_FAC缺省值为1，PV_OFF缺省值为0。误差信号设定值与过程变量之间的差值叫误差信号。为了抑制由于被控量量子化引起的小的、恒定的振荡，为误差信号设置了一个死区（DEADBAND）。若DEADB_W = 0,则死区被关闭。下面的表格列出了FB41“CONT_C”主要输入参数的说明。表1-1 FB41“CONT_C”主要输入参数参数数据类型数值范围缺省说明MAN_ONBOOL0或11手动数值接通：1：中断闭环控制0：闭环控制PVPER_ONBOOL0或10过程变量外设通道P_SELBOOL0或11比例分量接通：1：接通0：断开I_SELBOOL0或11积分分量接通：1：接通0：断开D_SELBOOL0或10微分分量接通：1：接通0：断开SP_INTREAL-100至+100（%）或物理量10.0内部设定值PV_INREAL-100至+100（%）或物理量10.0过程变量输入PV_PERREAL过程变量外设MANREAL-100至+100（%）或物理量20.0手动值输入GAINREAL2.0比例增益TITIMET#20S复位时间TDTIMET#10S微分时间LMN_HLMREALLMN_LLM至100.0（%）或物理量100.0被控量上限LMN_LLMREAL-100.0至LMN_HLM(%)或物理量20.0被控量下限下图是FB41模块引脚框图：图1-3 FB41模块引脚图 三、 数据块数据块DB1：DB1.DBX 0.0 用来存放启动值（置1启动）。数据块DB41：对应FB41各个输入参数8。第二章 STEP7编程软件简介2.1 STEP7概述STEP7 是用于SIMATIC PLC的组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。具有下列版本STEP7软件包：1) 用于简单单站应用SIMATIC S7-200的STEP7Micro/DOS和STEP7 Micro/WIN。2) 用于简单单站应用SIMATIC S7-300和SIMATIC S7-620的STEP7 Mini。3) 用于使用带有各种功能SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/ M7-400和SIMATIC C7的STEP7。2.1.1 STEP7编程软件的功能STEP7 编程软件具有如下功能：1) 可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展。2) 为功能模块和通信处理器赋值参数。3) 强制和多处理器模式。4) 全局数据通信。5) 使用通信功能快的事件驱动数据传送。6) 组态连接。2.1.2 STEP7的编程功能1. 编程语言STEP7的标准只配置了3种基本的编程语言：梯形图(LAD)、功能块图(FBD)和语句表(STL)，有鼠标拖放、复制和粘贴功能。语句表是一种文本编程语言，使用户能节省输入时间和存储区域，并且“更接近硬件”。用户可以按“增量”方式输入，立即检查每一个输入的正确性；或者先在文本编辑器上用字符生成整个程序的源文件，然后将它编译为软件块。STEP7专业版的编程语言包括S7-SCL(结构化控制语言)；S7-GRAPH(顺序功能图语言)；S7 HiGraph和CFC。这4种编程语言对于标准版是可选的。2. 符号表编辑器STEP7用符号表编辑器工具管理所有的全局变量；用于定义符号名称、数据类型和全局变量的注释。使用这一工具生成的符号表可供所有应用程序使用，所有工具自动识别系统参数的变化。3. 增强的测试和服务功能测试功能和服务功能包括设置断点、强制输入和输出、多CPU运行(仅限于S7-400)、重新布线、显示交叉参考表、状态功能、直接下载和调试块、同时监测几个块的状态。程序中的特殊点可以通过输入符号名或地址快速查找。4. ST