在PID整定窗口設(shè)置采樣時(shí)間為0.3s，預(yù)調(diào)節(jié)之前PID的增益為0.3，積分時(shí)間為3s，微分時(shí)間為0s。單擊采樣時(shí)間右邊的“Start”按鈕，啟動(dòng)測(cè)量。用右上角的選擇框設(shè)置調(diào)節(jié)模式為“預(yù)調(diào)節(jié)”。用I0.0使設(shè)定值從0跳變到70%，立即單擊“調(diào)節(jié)模式”區(qū)的“Start”按鈕，啟動(dòng)預(yù)調(diào)節(jié)。下圖左邊是預(yù)調(diào)節(jié)的曲線，紅色的是PID的輸出值Output，PV是過(guò)程變量，SP為階躍設(shè)定值。預(yù)調(diào)節(jié)成功地完成后，下面的狀態(tài)欄出現(xiàn)“系統(tǒng)已調(diào)節(jié)”的信息。

在PID整定窗口設(shè)置采樣時(shí)間為0.3s，預(yù)調(diào)節(jié)之前PID的增益為0.3，積分時(shí)間為3s，微分時(shí)間為0s。

單擊采樣時(shí)間右邊的“Start”按鈕，啟動(dòng)測(cè)量。用右上角的選擇框設(shè)置調(diào)節(jié)模式為“預(yù)調(diào)節(jié)”。用I0.0使設(shè)定值從0跳變到70%，立即單擊“調(diào)節(jié)模式”區(qū)的“Start”按鈕，啟動(dòng)預(yù)調(diào)節(jié)。

下圖左邊是預(yù)調(diào)節(jié)的曲線，紅色的是PID的輸出值Output，PV是過(guò)程變量，SP為階躍設(shè)定值。預(yù)調(diào)節(jié)成功地完成后，下面的狀態(tài)欄出現(xiàn)“系統(tǒng)已調(diào)節(jié)”的信息。

過(guò)程變量和設(shè)定值曲線基本上重合后，將調(diào)節(jié)模式修改為“精確調(diào)節(jié)”。單擊“調(diào)節(jié)模式”區(qū)的“Start”按鈕，啟動(dòng)精確調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，紅色的PID輸出曲線以方波波形變換，通過(guò)自動(dòng)控制PID輸出的幅值和頻率，保證過(guò)程變量曲線在設(shè)定值水平線上下一定范圍內(nèi)波動(dòng)。PID輸出曲線經(jīng)過(guò)若干次正、負(fù)跳變后，精確調(diào)節(jié)結(jié)束，下面的狀態(tài)欄出現(xiàn)“系統(tǒng)已調(diào)節(jié)”的信息。精確調(diào)節(jié)成功完成后，單擊PID調(diào)試窗口下面的“上傳PID參數(shù)”按鈕，將CPU中的PID參數(shù)上傳到離線的項(xiàng)目中。單擊“轉(zhuǎn)到PID參數(shù)”按鈕，切換到組態(tài)窗口PID參數(shù)頁(yè)面，可以看到精確調(diào)節(jié)后CPU中得到的優(yōu)化的PID參數(shù)。為了觀察優(yōu)化后的參數(shù)的控制效果，切換到PID調(diào)節(jié)窗口。令I(lǐng)0.0為FALSE，過(guò)程值下降到0以后，令I(lǐng)0.0為TRUE，使設(shè)定值由0跳變到70%，過(guò)程變量的響應(yīng)曲線如下圖所示。由圖可知優(yōu)化的PID參數(shù)的控制效果是比較理想的。

過(guò)程變量和設(shè)定值曲線基本上重合后，將調(diào)節(jié)模式修改為“精確調(diào)節(jié)”。單擊“調(diào)節(jié)模式”區(qū)的“Start”按鈕，啟動(dòng)精確調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，紅色的PID輸出曲線以方波波形變換，通過(guò)自動(dòng)控制PID輸出的幅值和頻率，保證過(guò)程變量曲線在設(shè)定值水平線上下一定范圍內(nèi)波動(dòng)。PID輸出曲線經(jīng)過(guò)若干次正、負(fù)跳變后，精確調(diào)節(jié)結(jié)束，下面的狀態(tài)欄出現(xiàn)“系統(tǒng)已調(diào)節(jié)”的信息。精確調(diào)節(jié)成功完成后，單擊PID調(diào)試窗口下面的“上傳PID參數(shù)”按鈕，將CPU中的PID參數(shù)上傳到離線的項(xiàng)目中。單擊“轉(zhuǎn)到PID參數(shù)”按鈕，切換到組態(tài)窗口PID參數(shù)頁(yè)面，可以看到精確調(diào)節(jié)后CPU中得到的優(yōu)化的PID參數(shù)。為了觀察優(yōu)化后的參數(shù)的控制效果，切換到PID調(diào)節(jié)窗口。令I(lǐng)0.0為FALSE，過(guò)程值下降到0以后，令I(lǐng)0.0為TRUE，使設(shè)定值由0跳變到70%，過(guò)程變量的響應(yīng)曲線如下圖所示。由圖可知優(yōu)化的PID參數(shù)的控制效果是比較理想的。

過(guò)程變量和設(shè)定值曲線基本上重合后，將調(diào)節(jié)模式修改為“精確調(diào)節(jié)”。單擊“調(diào)節(jié)模式”區(qū)的“Start”按鈕，啟動(dòng)精確調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，紅色的PID輸出曲線以方波波形變換，通過(guò)自動(dòng)控制PID輸出的幅值和頻率，保證過(guò)程變量曲線在設(shè)定值水平線上下一定范圍內(nèi)波動(dòng)。PID輸出曲線經(jīng)過(guò)若干次正、負(fù)跳變后，精確調(diào)節(jié)結(jié)束，下面的狀態(tài)欄出現(xiàn)“系統(tǒng)已調(diào)節(jié)”的信息。

精確調(diào)節(jié)成功完成后，單擊PID調(diào)試窗口下面的“上傳PID參數(shù)”按鈕，將CPU中的PID參數(shù)上傳到離線的項(xiàng)目中。單擊“轉(zhuǎn)到PID參數(shù)”按鈕，切換到組態(tài)窗口PID參數(shù)頁(yè)面，可以看到精確調(diào)節(jié)后CPU中得到的優(yōu)化的PID參數(shù)。

為了觀察優(yōu)化后的參數(shù)的控制效果，切換到PID調(diào)節(jié)窗口。令I(lǐng)0.0為FALSE，過(guò)程值下降到0以后，令I(lǐng)0.0為TRUE，使設(shè)定值由0跳變到70%，過(guò)程變量的響應(yīng)曲線如下圖所示。由圖可知優(yōu)化的PID參數(shù)的控制效果是比較理想的。

  STEP 7中有梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖3種基本編程語(yǔ)言，可以相互轉(zhuǎn)換。通過(guò)安裝軟件包，還有其他的編程語(yǔ)言，以下簡(jiǎn)要介紹。

(1)順序功能圖(SFC)

STEP 7中為S7 Graph，它不是STEP 7的標(biāo)準(zhǔn)配置，需要安裝軟件包，S7 Graph是針對(duì)順序控制系統(tǒng)進(jìn)行編程的圖形編程語(yǔ)言，特別適合順序控制程序編寫。

(2)梯形圖(LAD)

梯形圖直觀易懂，適合于數(shù)字量邏輯控制。“能流”(Power flow)與程序執(zhí)行的方向。梯形圖適合于熟悉繼電器電路的人員使用。設(shè)計(jì)復(fù)雜的觸點(diǎn)電路時(shí)最好用梯形圖。其應(yīng)用最為廣泛。

(3)語(yǔ)句表(STL)

語(yǔ)句表功能比梯形圖或功能塊圖的功能強(qiáng)。語(yǔ)句表可供喜歡用匯編語(yǔ)言編程的用戶使用。語(yǔ)句表輸入快，可以在每條語(yǔ)句后面加上注釋。設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用程序時(shí)建議使用語(yǔ)句表。

(4)功能塊圖(FBD)

“LOGO!”系列微型plc使用功能塊圖編程。功能塊圖適合于熟悉數(shù)字電路的人員使用。

(5)結(jié)構(gòu)文本(ST)

STEP 7的S7 SCL（結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言）符合EN61131-3標(biāo)準(zhǔn)。SCL適合于復(fù)雜的公式計(jì)算、復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)和最優(yōu)化算法或管理大量的數(shù)據(jù)等。S7 SCL編程語(yǔ)言適合于熟悉高級(jí)編程語(yǔ)言（例如PASCAL或C語(yǔ)言）的人員使用。它不是STEP 7的標(biāo)準(zhǔn)配置，需要安裝軟件包。

(6) S7 HiGraph編程語(yǔ)言

圖形編程語(yǔ)言S7 HiGraph屬于可選軟件包，它用狀態(tài)圖（Stategraphs）來(lái)描述異步、非順序過(guò)程的編程語(yǔ)言。HiGraph適合于異步非順序過(guò)程的編程。

(7) S7 CFC編程語(yǔ)言

可選軟件包CFC（Continuous Function Chart，連續(xù)功能圖）用圖形方式連接程序庫(kù)中以塊的形式提供的各種功能。CFC適合于連續(xù)過(guò)程控制的編程。它不是STEP 7的標(biāo)準(zhǔn)配置，需要安裝軟件包。

在STEP 7編程軟件中，如果程序塊沒(méi)有錯(cuò)誤，并且被正確地劃分為網(wǎng)絡(luò)，在梯形圖、功能塊圖和語(yǔ)句表之間可以轉(zhuǎn)換。如果部分網(wǎng)絡(luò)不能轉(zhuǎn)換，則用語(yǔ)句表表示。

  西門子S7-300 plc具有非常強(qiáng)大的故障診斷功能，通過(guò)STEP 7編程軟件可以獲得大量的硬件故障與編程錯(cuò)誤的信息，使用戶能迅速地查找到故障。

這里的診斷是指西門子S7-300 PLC內(nèi)部集成的錯(cuò)誤識(shí)別和記錄功能，錯(cuò)誤信息在CPU的診斷緩沖區(qū)內(nèi)。有錯(cuò)誤或事件發(fā)生時(shí)，標(biāo)有日期和時(shí)間的信息被保存到診斷緩沖區(qū)，時(shí)間保存到系統(tǒng)的狀態(tài)表中，如果用戶已對(duì)有關(guān)的錯(cuò)誤處理組織塊編程，CPU將調(diào)用該組織塊。

在SIMATIC管理器中用菜單命令“查看”→“在線”打開(kāi)在線窗口。打開(kāi)所有的站，查看是否有CPU顯示了指示錯(cuò)誤或故障的診斷符號(hào)。

診斷符號(hào)用來(lái)形象直觀地表示模塊的運(yùn)行模式和模塊的故障狀態(tài)，如圖所示。如果模塊有診斷信息，在模塊符號(hào)上將會(huì)增加一個(gè)診斷符號(hào)或者模塊符號(hào)的對(duì)比度降低。

診斷符號(hào)

診斷符號(hào)

圖   診斷符號(hào)

診斷符號(hào)“當(dāng)前組態(tài)與實(shí)際組態(tài)不匹配”表示被組態(tài)的模塊不存在或者插入了與組態(tài)的模塊型號(hào)不同的模塊。

診斷符號(hào)“無(wú)法診斷”表示無(wú)線上連接或該模塊不支持模塊診斷信息，例如電源模塊或子模塊。

“強(qiáng)制”符號(hào)表示在該模塊上有變量被強(qiáng)制，即在模塊的用戶程序中有變量被賦予一個(gè)固定值，該數(shù)據(jù)值不能被程序改變。“強(qiáng)制”符號(hào)可以與其他符號(hào)組合在一起顯示，如圖中“強(qiáng)制與運(yùn)行”符號(hào)。

從在線的SIMATIC管理器的窗口、在線的硬件診斷功能打開(kāi)的快速窗口和在線的硬件組態(tài)窗口（診斷窗口），都可以觀察到診斷符號(hào)。

通過(guò)觀察診斷符號(hào)，町以判斷CPU模塊的運(yùn)行模式是否有強(qiáng)制變量，CPU模塊和功能模塊(FM)是否有故障。

打開(kāi)在線窗口，在SIMATIC管理器中執(zhí)行菜單命令“PLC”→“診斷/設(shè)置”→“硬件診斷”，將打開(kāi)硬件診斷快速瀏覽窗口。在該窗口中顯示PLC的狀態(tài)，看到診斷功能的模塊硬件故障，雙擊“故障模塊”可以獲得詳細(xì)的故障信息。

  盡管梯形圖與繼電器電路圖在結(jié)構(gòu)形式、元件符號(hào)及邏輯控制功能等方面相類似，但它們又有許多不同之處，plc梯形圖有自己的編程規(guī)則。

1)每一邏輯行總是起于左母線，最后終止于線圈或右母線（右母線可以不畫出），如圖1所示。

2)無(wú)論選用哪種機(jī)型的PLC，所用元件的編號(hào)必須在該機(jī)型的有效范圍內(nèi)。例如西門子S7- 300 PLC中沒(méi)有M99000.0。

圖1    梯形圖

a）錯(cuò)誤b）正確

3)梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。

4)觸點(diǎn)的使用次數(shù)不受限制。例如，輔助繼電器M0.0可以在梯形圖中出現(xiàn)無(wú)限制的次數(shù)，而實(shí)物繼電器的觸點(diǎn)一般少于8對(duì)，只能用有限次。

5)在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對(duì)于“雙線圈輸出”，有些PLC將其視為語(yǔ)法錯(cuò)誤，絕對(duì)不允許（如三菱FX系列PLC）；有些PLC則將前面的輸出視為無(wú)效，只有最后一次輸出有效(如西門子PLC)；而有些PLC在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。

6)西門子PLC的梯形圖中不能出現(xiàn)Ⅰ線圈。

7)對(duì)于不可編程的梯形圖必須經(jīng)過(guò)等效變換，變成可編程梯形圖。

8)在有幾個(gè)串聯(lián)電路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在上方，歸納為“多上少下”的原則，如圖2所示。在有幾個(gè)并聯(lián)電路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將并聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在左方，歸納為“多左少右”原則，如圖3所示。因?yàn)檫@樣所編制的程序簡(jiǎn)潔明了，語(yǔ)句較少。但要注意圖2a和圖3a的梯形圖邏輯上是正確的。

梯形圖

梯形圖

圖2    梯形圖

a)不合理b）合理

9) PLC的輸入端所連的電器元件通常使用常開(kāi)觸點(diǎn)，即使與PLC對(duì)應(yīng)的繼電器一接觸器系統(tǒng)原來(lái)使用的是常閉觸點(diǎn)，改為PLC控制時(shí)也應(yīng)轉(zhuǎn)換為常開(kāi)觸點(diǎn)。如圖4所示為繼電器接觸器系統(tǒng)控制的電動(dòng)機(jī)的起/停控制，如圖5所示為電動(dòng)機(jī)的起/停控制的梯形圖。可以看出：繼電器一接觸器系統(tǒng)原來(lái)使用常閉觸點(diǎn)SB1和FR，改用PLC控制時(shí)，則在PLC的輸入端變成了常開(kāi)觸點(diǎn)。

梯形圖

梯形圖

圖3    梯形圖

a)不合理b)合理

電動(dòng)機(jī)起/?？刂茍D

電動(dòng)機(jī)起/?？刂茍D

圖4    電動(dòng)機(jī)起/?？刂茍D

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圖5   電動(dòng)機(jī)起/停控制的梯形圖

圖5的梯形圖中I0.1和I0.2用常閉觸點(diǎn)，否則控制邏輯不正確。若讀者一定要讓PLC的輸入端的按鈕為常閉觸點(diǎn)輸入也可以（一般不推薦這樣使用），但梯形圖中I0.1和I0.2要用常開(kāi)觸點(diǎn)，對(duì)于急停按鈕必須使用常閉觸頭，若一定要使用常開(kāi)觸頭，從邏輯上講是可行的，但在某些情況下，有可能急停按鈕不起作用而造成事故，這是讀者要特別注意的。另外，一般不推薦將熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，因?yàn)檫@樣做占用了寶貴的輸入點(diǎn)，最好將熱繼電器的常閉觸點(diǎn)接在PLC的輸出端，與KM的線圈串聯(lián)。

  功能圖(SFC)是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特征的一種圖解表示方法。它具有簡(jiǎn)單、直觀等特點(diǎn)，不涉及控制功能的具體技術(shù)，是一種通用的語(yǔ)言，是IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）首選的編程語(yǔ)言，近年來(lái)在plc的編程中已經(jīng)得到了普及與推廣。

功能圖的基本思想是：設(shè)計(jì)者按照生產(chǎn)要求，將被控設(shè)備的一個(gè)工作周期劃分成若干個(gè)工作階段（簡(jiǎn)稱“步”），并明確表示每一步要執(zhí)行的輸出，“步”與“步”之間通過(guò)制定的條件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在程序中，只要通過(guò)正確連接進(jìn)行“步”與“步”之間的轉(zhuǎn)換，就可以完成被控設(shè)備的全部動(dòng)作。

PLC執(zhí)行功能圖程序的基本過(guò)程是：根據(jù)轉(zhuǎn)換條件選擇工作“步”，進(jìn)行“步”的邏輯處理。組成功能圖程序的基本要素是步、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖所示。

功能圖

功能圖

圖    功能圖

1．步

一個(gè)順序控制過(guò)程可分為若干個(gè)階段，也稱為步或狀態(tài)。系統(tǒng)初始狀態(tài)對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，初始步一般用雙線框表示。在每一步中施控系統(tǒng)要發(fā)出某些“命令”，而被控系統(tǒng)要完成某些“動(dòng)作”、“命令”和“動(dòng)作”都稱為動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)處于某一工作階段時(shí)，則該步處于激活狀態(tài)，稱為活動(dòng)步。

2．轉(zhuǎn)換條件

使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱為轉(zhuǎn)換條件。順序控制設(shè)計(jì)法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制輸出。不同狀態(tài)的“轉(zhuǎn)換條件”可以不同，也可以相同。當(dāng)“轉(zhuǎn)換條件”各不相同時(shí)，在功能圖程序中每次只能選擇其中一種工作狀態(tài)（稱為“選擇分支”），當(dāng)“轉(zhuǎn)換條件”都相同時(shí)，在功能圖程序中每次可以選擇多個(gè)工作狀態(tài)（稱為“選擇并行分支”）。只有滿足條件狀態(tài)，才能進(jìn)行邏輯處理與輸出。因此，“轉(zhuǎn)換條件”是功能圖程序選擇工作狀態(tài)（步）的“開(kāi)關(guān)”。

3．有向連線

步與步之間的連接線稱為“有向連線”，“有向連線”決定了狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方向與轉(zhuǎn)換途徑。在有向連線上有短線，表示轉(zhuǎn)換條件。當(dāng)條件滿足時(shí)，轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)，即上一步的動(dòng)作結(jié)束而下一步的動(dòng)作開(kāi)始，因而不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作重疊。步與步之間必須要有轉(zhuǎn)換條件。

圖中的雙框?yàn)槌跏疾剑琈0.0和M0.1是步名，I0.0、I0.1為轉(zhuǎn)換條件，Q0.0、Q0.1為動(dòng)作。當(dāng)M0.0有效時(shí)，輸出指令驅(qū)動(dòng)Q0.0。步與步之間的連線稱為有向連線箭頭省略未畫。

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