S71500PLC项目设计与实践第8章课件.ppt

1、S7-1500PLC项目设计与实践目录?第1章 S7-1500PLC系统概述?第2章S7-1500硬件及软件平台?第3章 S7-1500PLC项目设计?第4章 S7-1500PLC硬件系统设计?第5章 S7-1500 PLC软件程序设计?第6章 上位监控系统设计?第7章 网络通信?第8章 工艺功能?第9章 系统诊断?第10章 S7-1500的其他功能第8章 工艺功能?8.1 PID控制?8.2 运动控制8.1 PID控制?闭环控制技术是基于反馈的概念以减少误差，通常是通过测量反馈信号获得被控变量的实际值，并与设定值进行比较，得到偏差，并用这个偏差来纠正系统的响应，执行调解控制。?在工程实际中，

2、应用最为广泛的调解器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调解。?8.1.1 PID指令?8.1.2 PID组态?8.1.3 PID调试8.1.1 PID指令?Portal软件（STEP 7 Professional）在“工艺”指令卡中为S7-1200/1500PLC提供了PID控制指令集，相应指令分为“Compact PID”和“PID基本函数”两大子集.PID_COMPACT指令参数数据类型默认值说明SetpointREAL0.0PID 控制器在自动模式下的设定值。InputREAL0.0用户程序的变量用作过程值的源。如果正在使用 Input 参数，则必须设置Confi

3、g.InputPerOn=FALSE。Input_PERINT0模拟量输入用作过程值的源。如果正在使用 Input_PER 参数，则必须设置 Config.InputPerOn=TRUE。DisturbanceREAL0.0扰动变量或预控制值。ManualEnableBOOLFALSE出现 FALSE-TRUE 沿时会激活“手动模式”，而 State=4 和 Mode 保持不变。只要 ManualEnable=TRUE，便无法通过 ModeActivate 的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。出现 TRUE-FALSE 沿时会激活由 Mode 指定的工作模式。建议只使用 ModeActiv

4、ate 更改工作模式。ManualValueREAL0.0手动模式下的输出值。允许介于 Config.OutputLowerLimit 与Config.OutputUpperLimit 之间的值。ErrorAckBOOLFALSEFALSE-TRUE 沿将复位 ErrorBits 和Warning。ResetBOOLFALSE重新启动控制器。FALSE-TRUE 沿时，切换到“未激活”模式，将复位 ErrorBits 和 Warnings，积分作用清除（保留 PID 参数）。只要Reset=TRUE，PID_Compact 便会保持在“未激活”模式下(State=0)。TRUE-FALSE 沿

5、时，PID_Compact 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。ModeActivateBOOLFALSEFALSE-TRUE 沿时，PID_Compact 将切换到保存在 Mode 参数中的工作模式。参数数据类型默认值说明ScaledInputREAL0.0标定的过程值OutputREAL0.0REAL 形式的输出值Output_PERINT0模拟量输出值Output_PWMBOOLFALSE脉宽调制输出值输出值由变量开关时间形成。SetpointLimit_HBOOLFALSE如果 SetpointLimit_H=TRUE，则说明达到了设定值的绝对上限(Setpoint Confi

6、g.SetpointUpperLimit)。此设定值将限制为 Config.SetpointUpperLimit。SetpointLimit_LBOOLFALSE如果 SetpointLimit_L=TRUE，则说明已达到设定值的绝对下限(Setpoint Config.SetpointLowerLimit)。此设定值将限制为 Config.SetpointLowerLimit。InputWarning_HBOOLFALSE如果 InputWarning_H=TRUE，则说明过程值已达到或超出警告上限。InputWarning_LBOOLFALSE如果 InputWarning_L=TRUE，

7、则说明过程值已经达到或低于警告下限。StateINT0State 参数显示了 PID 控制器的当前工作模式。可使用输入参数Mode 和 ModeActivate 处的上升沿更改工作模式。?State=0：未激活?State=1：预调节?State=2：精确调节?State=3：自动模式?State=4：手动模式?State=5：带错误监视的替代输出值ErrorBOOLFALSE如果 Error=TRUE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。ErrorBitsDWORD DW#16#0ErrorBits 参数显示了处于未决状态的错误消息。通过 Reset 或ErrorAck 的上升沿来保持

8、并复位 ErrorBits。参数数据类型默认值说明ModeINT4指定 PID_Compact 将转换到的工作模式。选项包括：?Mode=0：未激活?Mode=1：预调节?Mode=2：精确调节?Mode=3：自动模式?Mode=4：手动模式工作模式由以下沿激活：?ModeActivate 的上升沿?Reset 的下降沿?ManualEnable 的下降沿8.1.2 PID组态?当为PID_Compact指令分配了背景数据块后，打开该PID指令的组态编辑器进行PID组态。?组态编辑器有两种视图，一种是功能视图（功能视野），一种是参数视图。?PID指令组态编辑器的功能视图包括基本设置、过程值设置

9、和高级设置选项等。?PID组态编辑器的参数视图可以对当前PID指令的所有参数进行查看，可以根据需要直接对部分参数的项目起始值等离线数据进行修改。功能视图基本设置?“基本设置”选项主要包括对控制器类型和输入/输出参数（Input/Output参数）的设置。?控制器类型包括常规、温度、压力、流量等选项。功能视图过程值设置?过程值设置包括过程值限值的设置和过程值标定（规范化）的量程设置。功能视图高级设置?高级设置中，包括过程值监视、PWM限制、输出值限值和PID参数等选项。参数视图下载PID组态?PID指令组态完毕，必须将新的或修改的工艺对象组态下载到在线模式的 CPU。?下载方式如果选择“软件（仅

10、限更改）”，则将保留保持性数据；如果在“在线”菜单中选择“下载并复位PLC 程序”，则PLC 程序完全下载，下次从 STOP更改为 RUN 时更新保持性数据。8.1.3 PID调试?PID控制器在通常使用之前，通常需要使用软件进行调试，获得最佳的PID参数后，再将参数传入CPU中运行。?（1）手动模式?（2）调节模式（1）手动模式勾选“手动模式”，可以使用调试窗口中的指定手动值来测试受控系统。（2）调节模式?调节模式包括预调节模式和精确调节模式。?取消勾选“手动模式”，进入自动模式。可以使用调试窗口中的预调节模式和精确调节模式获得最佳 PID 参数。?预调节功能可确定对输出值跳变的过程响应，并

11、搜索拐点。根据受控系统的最大上升速率与死区时间计算 PID 参数。?精确调节可以对通过预调节得来的现有 PID 参数进行改进。预调节精确调节?PID_Compact的精确调节功能要求事先满足以下要求：?（1）已在循环中断 OB 中调用 PID_Compact 指令。?（2）参数ManualEnable=FALSE，Reset=FALSE。?（3）设定值和过程值均在组态的限值范围内。?（4）在操作点处，控制回路已稳定。过程值与设定值一致时，表明到达了操作点。?（5）不能被干扰。?（6）PID_Compact 处于下列工作模式之一：未激活、自动模式或手动模式。8.2 运动控制?运动控制（MC）是自

12、动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机构或者是电机来控制机器的位置或速度。?8.2.1 运动控制简介?8.2.2 运动控制举例8.2.1 运动控制简介?运动控制功能作为每一个S7-1500 CPU的组件，支持轴的控制定位和移动。?可以使用 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO 连接驱动装置和编码器。带模拟设定值接口的驱动装置可以使用模拟量输出(AQ)进行连接。此外，通过工艺模块（TM），也可以读出编码器中的信息。?通过 TIA Portal，可以创建运动控制项目、组态工艺对象，并将组态结果加载到 CPU 中，然后在CPU 中执行运动控制功能。另外，还可

13、通过 TIA portal 进行调试、优化和诊断。（1）S7-1500 CPU的运动控制系统示例（2）S7 1500 CPU 中集成运动控制对象的用户界面和示意图（3）工艺对象?工艺对象代表控制器中的每个实体对象（如，一个驱动装置）。?在用户程序中通过运动控制指令可调用工艺对象的各个功能。?工艺对象可对实体对象的运动进行开环和闭环控制，并报告状态信息（如，当前位置）。?在TIA Portal软件中，可通过工艺对象的组态表示实体对象的属性。组态数据则存储在工艺对象数据块中。?（a）速度控制轴工艺对象?（b）定位轴工艺对象?（c）同步轴工艺对象?（d）外部编码器工艺对象?速度控制轴工艺对象可根据指

14、定的空间坐标变换计算速度设定值，并输出到驱动装置。速度轴的所有运动均在速度控制下进行。?定位轴工艺对象可根据指定的空间坐标变换计算位置设定值，并将相应的速度控制设定值输出到驱动装置。定位轴的所有运动均在速度控制下进行。进行绝对定位时，定位轴工艺对象必须已知物理位置。?同步轴工艺对象包括定位轴工艺对象的全部功能，还可将轴与主值互连，从而使轴在同步操作中跟随引导轴的位置变化。?外部编码器工艺对象可对位置进行检测，并将检测结果报告给控制器。通过对机械特性、编码器设置和归位过程进行参数分配，可创建编码器值和规定位置之间的关系。8.2.2 运动控制举例?工艺对象数据块代表工艺对象，并包含该工艺对象的所有

15、组态数据、设定值和实际值以及状态信息。?创建工艺对象时，将自动创建工艺对象数据块。?可在用户程序中访问工艺对象数据块的数据，而运动控制指令和工艺对象数据块可代表工艺对象的的编程接口。?使用运动控制指令，用户程序可启动并跟踪工艺对象中的运动控制作业。运动控制举例?例：使用CPU1516-3PN/DP通过PN通讯控制G120变频器，通过安装在电机后面的编码器连接到工艺模块TM Count24V作为位置反馈。（1）新建项目及硬件组态?TM Count模块的“工作模式”设置?TM Count模块的“模块参数”设置?添加驱动器G120?驱动器（G120）的参数设置（2）配置工艺对象?创建工艺对象?组态工

16、艺对象?创建工艺对象?工艺对象组态窗口?配置工艺对象“驱动装置”参数?配置工艺对象“编码器”参数?配置工艺对象“数据交换”参数?配置工艺对象“机械”参数?配置工艺对象“位置监视”参数?配置工艺对象“跟随误差”参数（3）在线调试?工艺对象组态完毕后，对项目进行存盘编译，并下载到CPU中。如果CPU和驱动器没有错误，则可以使用工艺对象自带的调试功能对轴的运行进行测试，并检测参数配置。?双击工艺对象下的“调试”条目，进入该工艺对象的轴控制面板，进行在线调试。?工艺对象的轴控制面板?工艺对象的轴控制面板的使用说明：?（a）在“主控制”区域选择“捕捉”，使控制面板获得控制权，弹出安全提示，确认即可，点击

17、“轴”区域的“启用”按钮可以使能驱动器，点击“禁用”按钮则取消使能驱动器。在操作模式中可以选择点动、回原点或者相对、绝对定位等操作。?（b）在“控件”区域可以设置工艺对象的位置、速度、加速度等参数，后面的“正向”、“反向”和“停止”用来启动和停止轴的运行。?（c）“轴状态”区域可以显示工艺对象的基本状态及故障代码和描述，点击“更多信息”可切换到诊断页面查看轴的更多状态。?（d）“当前值”区域可以显示当前轴的位置和速度等基本运行状态。（4）诊断?当工艺对象出现错误时，可以到“诊断”页面查看具体信息，相应的状态位会变成红色。双击工艺对象下的“诊断”条目，进入该工艺对象的“诊断”页面。（5）编写用户程序本章小结?PID控制功能和运动控制功能是两项常用的工艺功能。本章从这两个方面重点介绍S7-1500PLC的工艺功能。其中，对于PID控制功能，介绍了如何应用博途软件使用PID指令、对PID指令进行组态和对PID指令的调试。在运动控制功能方面，简单介绍了S7-1500 PLC运动控制系统的基本概念，并以一个具体的运动控制实例介绍了运动控制系统的硬件组态、工艺对象的参数配置、在线调试、参数诊断以及编写用户程序的过程。