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上海非俗工控自動(dòng)化設(shè)備有限公司

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DI（Digital Input）開(kāi)關(guān)量輸入， 亦稱數(shù)字量輸入。以開(kāi)關(guān)狀態(tài)為輸出的傳感器，如水流開(kāi)關(guān)、風(fēng)速開(kāi)關(guān)、壓差開(kāi)關(guān)等，將高/低電平（相當(dāng)于開(kāi)關(guān)）兩種狀態(tài)輸入到控制器，控制器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量1或0，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行邏輯分析和計(jì)算，這種控制器通道即為DI通道。  DO（Digital Output）開(kāi)關(guān)量輸出， 亦稱數(shù)字量輸出，它可由控制軟件將輸出通道變成高電平或低電平，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路即可帶動(dòng)繼電器或其他開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作，也可驅(qū)動(dòng)指示燈顯示狀態(tài)。開(kāi)關(guān)量輸出DO信號(hào)可用來(lái)控制開(kāi)關(guān)、交流接觸器、變頻器以及可控硅等執(zhí)行元件動(dòng)作。AI（Analogy Input）模擬量輸入， 模擬量輸入的物理量有溫度、壓力、流量等，這些物理量由相應(yīng)的傳感器感應(yīng)測(cè)得，往往經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入控制器的模擬輸入口。 西門子SM321擴(kuò)展模塊西門子SM321擴(kuò)展模塊西門子SM321擴(kuò)展模塊 AO（Analogy Output）模擬量輸出， 模擬量輸出的信號(hào)是電壓（如0~5V、0~10V間的電壓）或電流（如0~10mA間的電流），其輸出電壓或電流的大小由控制軟件決定。

PLC在基本控制方面采用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡(jiǎn)單、直觀性強(qiáng)，廣大電氣人員容易接受。用梯形圖編程出錯(cuò)率比匯編語(yǔ)言低得多。梯形圖、流程圖、語(yǔ)句表之間可以有條件的相互轉(zhuǎn)換，使用極其方便。
4、模塊化結(jié)構(gòu)、安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便
PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái)，由于配置靈活，使擴(kuò)展、維護(hù)更加方便。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號(hào)的設(shè)備（如按鈕、開(kāi)關(guān)等）與PLC的輸入端子相連，將接受控制的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與輸出端子相連即可。調(diào)試工作大部分是室內(nèi)調(diào)試，用模擬開(kāi)關(guān)模擬輸入信號(hào)，其輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)可以觀察PLC上相應(yīng)的發(fā)光二極管，可以根據(jù)它進(jìn)行測(cè)試、排錯(cuò)和修改[2]。
2.3 西門子S7-300 PLC
2.3.1 S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨(dú)立的，可以通過(guò)U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標(biāo)準(zhǔn)軌道上。每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機(jī)架的左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導(dǎo)軌而沒(méi)有使用擴(kuò)展支架可以不選擇IM接口模塊。
S7編程軟件組態(tài)主架導(dǎo)軌硬件時(shí)，電源，CPU和IM分別放在導(dǎo)軌的1號(hào)槽、2號(hào)槽和3號(hào)槽上。一條導(dǎo)軌共有11個(gè)槽號(hào)：1號(hào)槽至11號(hào)槽，其中4號(hào)槽至11號(hào)槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數(shù)字量輸入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等[3]。
2.3.2 S7-300 CPU模塊
CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的*控制責(zé)任，存儲(chǔ)并執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)通信功能，為U形總線提高5V電源。
CPU有4種操作模式：STOP（停機(jī)），STARTUP（啟動(dòng)），RUN（運(yùn)行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過(guò)MPI接口與其他設(shè)備通信。
S7-300的CPU模塊大致可以分為以下幾類：
1、6種緊湊型CPU，帶有集成的功能和I/O：CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。
2、革新的標(biāo)準(zhǔn)型CPU：CPU 312、314和315-2DP。
3、5種標(biāo)準(zhǔn)的CPU：CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。
4、戶外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314戶外型和315-2DP。
5、大容量型CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。
6、主從接口安全型CPU：CPU 315F-2DP[3]。
2.3.3 S7-300的模擬量輸入模塊
在生產(chǎn)過(guò)程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來(lái)測(cè)量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強(qiáng)電量，例如發(fā)電機(jī)組的電流、電壓、有功功率和無(wú)功功率等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的量程的直流電流和直流電壓信號(hào)，例如DC1~5V和DC4~20mA。
模擬量輸入模塊用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般都是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓，直流電流信號(hào)。
模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼來(lái)表示位為符號(hào)位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分?jǐn)?shù)表示的模擬量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：雙極性模擬量量程的上下限(*和-*)分別對(duì)應(yīng)模擬值27648和-27648。單極性模擬量量程的上下限(*和0%)分別對(duì)應(yīng)于模擬值27648和0[3]。
2.4 程序設(shè)計(jì)功能模塊
本程序的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)水箱液位的在線控制而設(shè)計(jì)的，利用PID控制方式，使下水箱液位達(dá)到控制要求。本人設(shè)計(jì)了兩套系統(tǒng)，一個(gè)是單閉環(huán)的一個(gè)是三閉環(huán)的，對(duì)其控制效果進(jìn)行比較，得出兩系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)。下面對(duì)本程序的設(shè)計(jì)作詳細(xì)介紹。在本程序中，使用的主要模塊有：OB35，DB41，DB42, DB43，DB44，DB1，OB1和FB41。
2.4.1 OB35模塊
S7 CPU提供循環(huán)中斷OB，可用于按一定間隔中斷循環(huán)程序的執(zhí)行，循環(huán)中斷按間隔觸發(fā)，間隔的時(shí)間是從STOP狀態(tài)到RUN時(shí)開(kāi)始計(jì)算。
時(shí)間間隔不能小于5ms，如果時(shí)間間隔過(guò)短，還沒(méi)有執(zhí)行完循環(huán)中斷程序又開(kāi)始調(diào)用它，將會(huì)產(chǎn)生時(shí)間錯(cuò)誤事件。在本程序中，使用循環(huán)中斷OB35，其默認(rèn)的時(shí)間間隔為100ms，程序運(yùn)行后每隔100ms將自動(dòng)調(diào)用一次OB35，周期性地執(zhí)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID運(yùn)算程序[3]。