西门子O.25千瓦变频器6SL3211-OKB12-5BB1 ，西门子O.25千瓦变频器6SL3211-OKB12-5BB1

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比较简单的实现PID闭环控制的方法

PID控制的难点在于整定控制器的参数。为了学习整定PID控制器参数的方法，必须做闭环实验，开环运行PID程序没有任何意义。用硬件组成一个闭环需要PLC的CPU模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，此外还需要被控对象、检测元件、变送器和执行机构。例如可以用电热水壶作为被控对象，用热电阻检测温度，用温度变送器将温度转换为标准电压，用移相控制的交流固态调压器作执行机构。
 有没有比较简单的实现PID闭环控制的方法呢？
 在控制理论中，用传递函数来描述被控对象、检测元件、执行机构和PID控制器。
 被控对象一般是串联的惯性环节和积分环节的组合。在实验室可以用以运算放大器为核心的模拟电路来模拟广义的被控对象（包括检测元件和执行机构）的传递函数。我曾将这种运放电路用于S7-200和S7-1200的PID参数自动调节实验。
 用运算放大器模拟被控对象一般需要做印刷电路板，还是比较麻烦。有没有更简单的方法呢？
 除了用运算放大器来模拟被控对象的传递函数，也可以用PLC的程序来模拟。为此我编写了用来模拟被控对象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模拟的被控对象的PID闭环示意图如下图所示，虚线右边是被控对象，DISV是系统的扰动输入值。虚线左边是PLC的PID控制程序。
 


 被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节，其增益为GAIN，3个惯性环节的时间常数分别为TIM1～TIM3。其传递函数为
 


 分母中的“s”为自动控制理论中拉普拉斯变换的拉普拉斯算子。将某一时间常数设为0，可以减少惯性环节的个数。图中被控对象的输入值INV是PID控制器的输出值。被控对象的输出值OUTV作为PID控制器的过程变量（反馈值）PV。
 下图是模拟被控对象的子程序，实际上只用了两个惯性环节，其时间常数分别为5000ms和2000ms。用与PID的采样周期相同的定时中断时间间隔来调用这个子程序。
 


 下图是用来监视PID回路运行情况的STEP 7-Micro/WIN的PID调节控制面板，可以用它进行PID参数自整定或手动调节PID参数的实验。标有PV（即被控量）的是过程变量的阶跃响应曲线。
 


 将上图中的积分时间由0.03min（分钟）增大到0.12min，下图的超调量有明显的减小。通过修改PID的参数，观察被控量阶跃响应曲线给出的超调量和调节时间等特征量的变化情况，可以形象直观、快速地学习和掌握PID参数的整定方法。
 

• 模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求
• 各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
• 简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活
• 方便用户和简易的无风扇设计
• 当控制任务增加时，可自由扩展
• 大量的集成功能使它功能非常强劲

SMIATIC S7-300 是模块化微型PLC,满足中、小规模的性能要求

模块化与无风扇设计，易于实现分布式结构以及用户友好的操作,使得 SIMATIC S7-300 成为中、小规模应用中各种不同控制任务的经济、方便的解决方案。

SIMATIC S7-300 的应用领域包括：

• 专用机床
• 纺织机械
• 包装机械
• 通用机械工程
• 控制器制造
• 机床
• 楼宇自动化
• 电气与电子工业及相关产业。

一系列具有不同功率范围的CPU，以及具有很多用户友好功能的一系列扩展模块，可以使用户根据不同的应用情况选择相应的模块。 如果控制任务需要扩展，可以随时使用附加模块对控制系统进行扩展。

SIMATIC S7-300 是一个通用的控制器。

• 高等级的电磁兼容性以及高等级的抗震性，使得它具有极高的工业控制能力。

概述

S7-300采用模块化结构设计。含有多种模块，可进行单独组合。

一个系统包含下列组件：

• 中央处理单元（CPU）：
  各种 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。
• 用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块(SM)
• 用于连接网络和点对点连接的通讯处理器 (CP)。
• 用于高速计数、定位控制以及闭环控制的功能模块（FM）。

根据客户需要，还可以使用以下设备：

• 用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源的负载电源模块(PS)。
• 接口模块(IM)，用于多机架配置时连接中央控制器(CC)和扩展机架(ER)。
  S7-300通过分布式中央控制器(CC)和3个扩展单元(EU) 可以操作多达32个模块。所有模块都是密封的，运行时无需风扇。
• SIPLUS 模块扩展的环境条件下使用：
  适用于-25至+60°C 的温度范围高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为IP20机柜内使用时，可直接用于车载或室外使用。不需要全天候防护的机柜和IP 65机柜保护。

设计

简单的结构使得S7-300使用灵活且易于维护:

• 安装模块
  只需简单地将模块挂在DIN安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。
• 集成的背板总线： 
  背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背面。
• 模块具有机械编码，更换极为容易：
  更换时只需松开模板上的紧固螺钉。 按下锁紧机构，拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。
• 可靠的连接系统:
  对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子。
• TOP 连接：
  为采用螺丝端子或弹簧端子连接的1线-3线连接系统提供预组装接线。可以替代直接在信号模块上接线。
• 确定的安装深度：
  所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此所有的模块都有确定的安装深度
• 无插槽规则:
  信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上。系统自行组态。

扩展

如果用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）可以扩展：

• 中央控制器和3个扩展机架最多可连接32个模块：
  最多可将 3 个扩展机架（EU）连接到中央控制器（CC）。每个 CC / EU 可插 8 个模块。
• 通过接口模板连接：
  每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在中央控制器上它总是被插在 CPU 旁边的模块插槽中，并自动处理与扩展单元的通信。
  • 通过 IM 365 扩展：
    1个 EU 最远扩展距离为 1米，电源电压也通过该扩展提供。
  • 使用 IM 360/361 扩展：
    可扩展到 3个 EU, CC 与 ER 之间以及 EU 与 EU 之间最远距离 10m。
• 分布式安装：
  通过连接 CC/EU 以增加连接距离。两个相邻CC/EU或EU/EU之间的距离：最长 10 m。
• 灵活的安装方式：
  CC/EU　既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以最大限度满足空间要求。

通讯

S7-300 具有不同的通讯接口：

• 连接 AS-i、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通讯处理器。
• 用于点到点连接的通讯处理器
• 多点接口 MPI, 集成在 CPU 中;
  是一种经济有效的方案,可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的SIMATIC S7/C7自动化系统。

PROFIBUS DP进行过程通讯

SIMATIC S7-300 通过通讯处理器或通过内置的 PROFIBUS DP 接口CPU连接到 PROFIBUS DP 总线系统。带 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 可以进行分布式自动化结构，可以高速通讯并且易于使用。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

• SIMATIC S7-300
  (使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)
• SIMATIC S7-400
  (使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)
• SIMATIC C7 
  (使用带 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP)
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308
• SIMATIC 505

由于性能原因，每条链路上主站的数量限制为2个。

以下设备可作为从站连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• S7-300，通过 CP 342-5
• CPU 313C-2 DP、CPU 314C-2 DP、CPU 315-2 DP、CPU 315-2 PN/DP、CPU 317-2 DP、CPU 317-2 PN/DP 和 CPU 319-3 PN/DP
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636
• 现场设备

尽管配有 STEP 7 的编程设备/PC 或 OP 在总线上可作为主站使用，但是通过 PROFIBUS DP 也可以部分运行 MPI 功能。

通过 PROFINET IO 进行过程通讯

SIMATIC S7-300 通过通讯处理器或通过配备集成 PROFINET 接口的 CPU 连接到 PROFINET IO 总线系统。配备 PROFINET 接口的 CPU 可实现高速、易于使用的分布式自动化组态。

从用户的角度来看，通过 PROFINET IO 进行通讯的分布式 I/O 可作为中央 I/O（相同的组态、寻址和编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200
  （使用配备 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可将下列设备作为 IO 设备进行连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• SIMATIC S7-300
  （通过 PROFINET CP）
• 现场设备

通过AS-Interface通讯

对于 S7-300，通讯处理器(CP 342-2)适用于AS-Interface总线，可用来连接到现场设备(AS-Interface从站)。

更多信息，请参见通讯处理器说明．

通过CP或内置接口(点到点)进行数据通讯

点到点连接是用来建立经济有效的数据通讯方式，通过 CP 340/CP 341 通讯处理器或集成在CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP的内置接口进行数据通讯。有三种传输接口支持不同的通讯协议：

• 20 mA (TTY) (仅针对 CP 340/CP 341)
• RS 232C/V.24(仅针对 CP 340/CP 341)
• RS 422/RS 485

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 和其他公司的自动化系统
• 打印机
• 机器人控制器
• 扫描器，条码阅读器，等

通讯功能块随手册一起提供。

使用多点接口(MPI)进行数据通讯

MPI（多点接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通讯接口。它能用于简单的网络任务。

• MPI 可以同时连接多个配有 STEP 7 的编程设备/PC、HMI 系统（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。
• 全局数据：
  “全局数据通讯”服务可以在联网的CPU间周期性地进行数据交换。 一个 S7-300 CPU 可以交换多达 4 个数据包，每个数据包含有 22 字节数据，可同时有 16 个 CPU 参与数据交换(使用 STEP 7 V4.x)。
  因此，一个 CPU 可以访问另一个 CPU 的输入/输出。 只能通过 MPI 接口进行全局数据交换。
• 内部通讯总线(C-bus)：
  CPU 的 MPI 直接连接到 S7 -300 的 C 总线上。这意味着通过MPI，PG可以直接寻址到连接到C总线上的FM/CP模块。
• 功能强大的通讯技术：
  • 最多 32 个 MPI 站
  • 使用 SIMATIC S7-300/-400 的 S7 基本通讯的每个 CPU 有多个通讯接口。
  • 使用编程设备/PC、SIMATIC HMI 系统和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通讯的每个 CPU 有多个通讯接口。
  • 传输速率为 187.5 kbit/s 或 12 Mbit/s
• 灵活的设计:
  可靠的组件用于建立 MPI 通讯： PROFIBUS和 “分布式 I/O ”的总线电缆、总线连接器和 RS 485 中继器。它们可以优化配备安装达到特定要求。例如，如果需要可连接最多串联 10 个中继器，以实现任何两个 MPI 节点之间的最大距离。

通过 CP 进行数据通讯

SIMATIC S7-300 通过 CP 342 和 CP 343 通讯处理器可以连接到 PROFIBUS 和工业以太网总线网络。

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
• 编程器
• PC 机
• SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统
• 数控
• 机器人控制器
• 工业PC
• 驱动控制器
• 其它厂商设备