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PLC還采用了冗余技術(shù)等，進一步增強了PLC的可靠性。
3、編程簡單、使用方便
PLC在基本控制方面采用梯形圖語言進行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡單、直觀性強，廣大電氣人員容易接受。用梯形圖編程出錯率比匯編語言低得多。梯形圖、流程圖、語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)、安裝簡單、調(diào)試方便
PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，由機架和電纜將各模塊連接起來，由于配置靈活，使擴展、維護更加方便。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號的設(shè)備（如按鈕、開關(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，用模擬開關(guān)模擬輸入信號，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)它進行測試、排錯和修改[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和其他模塊都是獨立的，可以通過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。每個模塊都有一個總線連接器，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)軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。
S7編程軟件組態(tài)主架導(dǎo)軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導(dǎo)軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導(dǎo)軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號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)的中央控制責(zé)任，存儲并執(zhí)行程序，實現(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），STARTUP（啟動），RUN（運行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過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、大容量高端型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)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來測量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強電量，例如發(fā)電機組的電流、電壓、有功功率和無功功率等。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，例如DC1~5V和DC4~20mA。
模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，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。
模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進制補碼來表示高位為符號位。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應(yīng)關(guān)系為：雙極性模擬量量程的上下限(100%和-100%)分別對應(yīng)模擬值27648和-27648。單極性模擬量量程的上下限(100%和0%)分別對應(yīng)于模擬值27648和0[3]。
2.4 程序設(shè)計功能模塊
本程序的設(shè)計主要是針對水箱液位的在線控制而設(shè)計的，利用PID控制方式，使下水箱液位達到控制要求。本人設(shè)計了兩套系統(tǒng)，一個是單閉環(huán)的一個是三閉環(huán)的，對其控制效果進行比較，得出兩系統(tǒng)優(yōu)缺點。下面對本程序的設(shè)計作詳細(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)，間隔的時間是從STOP狀態(tài)到RUN時開始計算。
時間間隔不能小于5ms，如果時間間隔過短，還沒有執(zhí)行完循環(huán)中斷程序又開始調(diào)用它，將會產(chǎn)生時間錯誤事件。在本程序中，使用循環(huán)中斷OB35，其默認(rèn)的時間間隔為100ms，程序運行后每隔100ms將自動調(diào)用一次OB35，周期性地執(zhí)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID運算程序[3]。
2.4.2 FB41模塊
FB41稱為連續(xù)控制的PID用于控制連續(xù)變化的模擬量，其功能是S7-300提供的標(biāo)準(zhǔn)的已經(jīng)為用戶編制好程序模塊，用戶可以直接調(diào)用它們，以便高效地編制自己的程序，但不能修改這些功能塊。系統(tǒng)功能塊有存儲功能，其變量保存在指定給它的背景數(shù)據(jù)塊中。FB41的框圖如圖2.1所示。圖2.1 FB41的框圖
（1） 對設(shè)定值、過程變量和誤差的處理
設(shè)定值的輸入：浮點數(shù)格式的設(shè)定值用變量SP_INT（內(nèi)部設(shè)定值）輸入。 過程變量的輸入：可以用兩種方式輸入過程變量（即反饋值）：
1、用PV_IN（過程輸入變量）輸入浮點格式的過程變量，此時開關(guān)量PVPER_ON（外圍設(shè)備過程變量ON）應(yīng)為0狀態(tài)。
2、用PV_PER（外圍設(shè)備過程變量）輸入外圍設(shè)備（I/O）格式的過程變量，即用模擬量輸入輸出的數(shù)字值作為PID調(diào)節(jié)的過程變量，此時開關(guān)量PVPER_ON應(yīng)為1狀態(tài)。
外圍設(shè)備過程變量轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)：外圍設(shè)備（即模擬量輸入模塊）正常范圍的大輸出值（100.0%）為27648（6C00H），功能CRP_IN將外圍設(shè)備輸入值轉(zhuǎn)換為-100.0%至100.0%之間的浮點數(shù)格式的數(shù)值，CPR_IN的輸出（以%為單位）用下式計算：
PV_R=PV_PER*100/27648
（2.1）
外圍設(shè)備過程變量的標(biāo)準(zhǔn)化：PV_NORM功能用下面的公式將CPR_IN的輸出PV_R格式化：
PV_NORM的輸出=PV_R*PV_FAC+PV_OFF （2.2）
式中：PV_FAC —— 過程變量的系數(shù)，默認(rèn)值為1.0；
PV_OFF —— 過程變量的偏移量，默認(rèn)值為0.0。 PV_FAC和PV_OFF用來調(diào)節(jié)過程輸入的范圍。
如果設(shè)定值有物理意義，實際值（即反饋量）也可以轉(zhuǎn)換為該物理值。 （2） 手動模式
參數(shù)MAN_ON（手動值ON）為1時為手動模式，為0時為自動模式。在手動模式中，控制變量（Manipulated Variable，即控制器的輸出值）被手動選擇的值MAN（手動值）代替。
在手動模式時如果令微分分項為0，將積分部分（INT）設(shè)置為LMN-LMN_P-DISV，可以保證手動到自動的無憂切換，即切換時控制器的輸出值不會突變，DISV為擾動輸入變量。 （3） 輸出限幅
LMNLIMIT（輸出量限幅）功能用于將控制器輸出值（Manipulated Value）限幅。 LMNLIMIT功能的輸入量超出控制器輸出值的上極限LMN_HLM時，信號位QLMN_HLM（輸出超出上限）變?yōu)?狀態(tài)；小于下極限值LMN_LLM時，信號位QLMN_LLM（輸出超出下限）變?yōu)?狀態(tài)。 （4） 輸出量的格式化處理
LMN_NORM（輸出量格式化）功能用下述公式來講功能LMNLIMIT的輸出量LMN_LIM格式化：
LMN=LMN_LIM×LMN_FAC+LMN_OFF （2.3）
式中：LMN —— 格式化后浮點數(shù)格式的控制器輸出值；
LMN_FAC —— 輸出量的系數(shù)，默認(rèn)值為1.0； LMN_OFF —— 輸出量的偏移量，默認(rèn)值為0.0； LMN_FAC和LMN_OFF用來調(diào)節(jié)控制器輸出量的范圍。 （5） 輸出量轉(zhuǎn)換為外圍設(shè)備（I/O）格式