S7-200 PLC在电炉温度控制系统中的应用

    S7-200系列PLC具有PID指令，可比较方便地进行PID控制，本节将就S7-200系列PLC在电炉温度控制系统中的PID应用进行简要介绍。    一、系统描述    电炉的工作原理如下：当设定电炉温度后，S7-200PLC经过PID运算后由模拟量输出模块EM232输出一个电压信号送到控制板，控制板根据电压信号（其为弱电信号）的大小控制电热丝的加热电压（强电）的大小（甚至断开），温度传感器测量电炉的温度，温度信号经过控制板的处理后输入到模拟量输入模块EM231，再送到S7 - 200PLC进行PID运算，如此循环，整个系统的硬件配置如图12 23所示。
    图12-23    炉温温度控制系统硬件配置图    主要软硬件配置如下：一套STEP7 - Micro/WINV4.0软件、一台CPU 226CN、一台EM231、一台EM232、一根编程电缆（或者CP5611卡）、一台电炉（含控制板）。    二、程序编写    (1)编写程序前，必须先填写PID指令的参数表，参数表如表12-5所示。    表12-5    电炉温度控制的PID参数表
    (2)编写PLC控制程序，如图12-24所示。


    图12-24    电炉温度的PLC控制梯形图    三、用指令向导编写PID控制程序    若读者对电炉温度控制过程了解得比较清楚，应用上述方法编写PID控制程序是可行的，但显然比较麻烦，初学者不容易理解，西门子公司提供的指令向导，可以帮助读者比较容易地编写PID控制程序，下面将详细介绍这一方法。    (1)打开指令向导，选定PID。选中菜单栏中的“工具”，单击其子菜单“指令向导”，弹出如图12-25所示的界面，选定“PID”选项，单击“下一步”按钮。
    图12-25    硬件配置图    (2)指定回路号码，如图12-26所示，本例选定回路号码为0，单击“下一步”按钮。
    图12-26    指定回路号码    (3)设置回路参数，如图12-27所示，本例将比例系数设定为0.05，将采样时间设定为35s，积分时间设定为30min，微分时间设定为0，即不使用微分项，只使用PI控制器，然后单击“下一步”按钮。
    图12-27    设置回路参数    (4)设置回路输入和输出选项，如图12-28所示，标定项中选择“单极性”，过程变量中的参数不变，输出类型中选择“模拟量”（因为本例为EM232输出），单击“下一步”按钮。
    图12-28    设置回路输入和输出选项    (5)设置回路报警选项，如图12-29所示，本例没有设置报警，单击“下一步”按钮。    (6)为计算指定存储区，如图12-30所示，PID指令使用V存储区中的一个36字节的参数表，存储用于控制回路操作的参数。PID计算还要求一个“暂存区”，用于存储临时结果。先单击“建议地址”，再单击“下一步”按钮，地址自动分配，当然地址也可以由读者分配。
    图12-29    设置回路报警选项
    图12-30    为计算指定存储区    (7)指定子程序和中断程序，如图12-31所示，本例使用默认子程序名，只要单击“下一步”按钮即可。如果项目包含一个激活PID配置，已经建立的中断程序名被设为只读。因为项目中的所有配置共享一个公用中断程序，项目中增加的任何新配置不得改变公用中断程序的名称。    (8)生产PID代码，如图12-32所示，单击“完成”按钮，S7 - 200PLC指令向导将为指定的配置生产程序代码和数据块代码。由向导建立的子程序和中断程序成为项目的一部分。要在程序中使能该配置，每次扫描周期时，使用SM0.0从主程序块调用该子程序。
    图12-31    指定子程序和中断程序
    图12-32    生成PID代码    (9)编写程序，如图12 - 33所示。
    图12-33    程序    (10) PID自整定。S7 - 200PLC CPU V2.3以上版本的硬件支持PID自整定功能。在软件STEP- MicrolWIN V4.0以上版本中增加了PID调节控制面板。用户可以使用用户程序或PID调节控制面板来启动自整定功能。在同一时刻，最多可以有8个PID回路同时进行整定。    PID自整定的目的是为用户提供一套最优化的整定参数，使用这些整定参数值可以使控制系统达到最佳的控制效果，真正优化控制程序。下面介绍PID自整定的使用方法。    首先，在STEP - MicrolWIN V4.0在线的情况下，单击菜单“工具”→“PID调节控制面板”。在弹出的“PID调节控制面板”对话框中，先选定“自动调节”，再单击“开始自动调节”，PID自整定开始。为了保证PID自整定的成功，在启动PID自整定前，需要调节PID参数，使PID调节器基本稳定，输出、反馈变化平缓，并且使反馈比较接近给定；设定合适的给定值，使PID调节器的输出远离趋势图的上、下坐标轴，以免PID自整定开始后输出值的变化范围受限制。