西门子6ES7231-7PC22-0XA0安装调试

SOFTbbbb S7 - 300兼容模块

1）SOFTbbbb S7 - 300兼容模块系列以及总线连接器在石油工程中的应用
2）中石油西气东输二线输气管道内外防腐工程
上世纪80年代初，世界*长的跨国天然气管道西气东输二线工程正式开工。
该工程外连源自土库曼斯坦的中亚天然气管道，西起霍尔果斯，南至广州，深圳和*，是世界上*长的跨国天然气管道，将国内外天然气输送到珠江三角洲、长江三角洲，为东部地区提供清洁能源，意义重大，影响深远。

3）西气东输二线工程建成后，预计每年节约标煤1106万吨，减排二氧化碳5229.3吨，39.1万吨。氨氧化物32.9万吨，烟尘10.1万吨。面对如此大的工程国家紧急调集所有国有和股份大型钢管制作厂家，部署各项分工，并且签订按时完工协议。面对这么重要的工程各生产厂家不仅要严格把住质量关，并且又要提高生产速度，保工程按时完工。在紧迫的时间里完成这样大的生产率，现今用于生产钢管的防腐设备。并且这一行动获得了实质的回报，大批的合格产品在高智能的防腐设备加工中涌出。
这种高智能内外防腐设备系统，采用西门子自动控制和现场MPI、DP、IP等技术网络组成。在现场的工控机界面下，你可以清楚的监控生产线各道工序工作情况并且及时将生产情况及故障打印出来。在这个系统中，所有的输入、输出模块、现场总线、总线连接器均是著SOFTbbbb公司提供的兼容产品，生产厂家质疑？它有那么强的稳定性吗？它的动作能配合的精密吗？SOFTbbbb告诉我们产品的稳定性会让你惊喜、1通过现场的安装、调试、通讯、生产，事实给他们满意的答案，更让他们惊讶的是：所有的输入、输出模块在正常调试过程中，一直没有出现，因大量控制单元同时通讯而引起部分的输入信号干扰或烧点情况，而导致误动作，这是一般不可避免的问题，但是SOFTbbbbS 300做到了，那是因为这个通讯系统，采用了SOFTbbbb公司特有的金属外壳总线连接器，从而使通讯单元安全接地。有SOFTINK公司高品质、高稳定性能的产品，我们相信更多更精密的自动化设备，会变的更放心、更实用。

西门子6ES7231-7PC22-0XA0安装调试

 随着经济和科学技术的高速发展，我国交通运输行业得到了蓬勃发展。桥梁，作为交通运输的咽喉，其地位显得尤为突出。桥梁结构的安全性、耐久性以及使用性成为了人们关注的焦点。桥梁监测传统的方法主要是采取人工定期检测，这种方法局限性较多，如：工作量大、检测的局限性及诊断的不及时等。而且现代桥梁的结构及功能变得愈来愈复杂，使得对桥梁进行传统的检测方法难以达到预期效果。所以，对桥梁结构进行综合的理论分析，并为其设计合理的健康监测系统显得极为必要。 一套合理的健康监测系统能实时反映桥梁健康状态，并指导工作人员对桥梁进行修护及管理，从而延长桥梁的使用寿命及避免意外事故的发生。 
   本文旨在通过对国内外桥梁健康监测技术现状的分析以及桥梁健康监测系统设计的研究，提出一种基于桥梁健康监测的分布式测控系统，从而弥补传统监测方法的不足。

1  系统总体方案设计 
   一般来讲，桥梁健康监测系统应该包括两部分内容，即系统设计和监控系统。系统的设计是桥梁健康监测系统的基础，它由传感器模块和数据采集模块构成。监控系统是桥梁健康监测系统的核心，它由数据通信与传输模块和远程综合管理模块组成。本文中，桥梁上布设的各类专用传感器将采集的模拟信号传输给信号调理电路，经过滤波、放大等信号调理，发送到PLC模拟量扩展模块，本文中选用的PLC模拟量扩展模块为EM235，经过A/D 转换，进入 PLC内部 CPU，CPU对这些数据进行处理和存储，工控计算机与PLC进行双向通讯，完成数据的收集、显示、处理和保存等工作，远程客户端通过访问工控计算机数据库，将其采集的数据直观清楚地通过文本及图表的形式显示出来。

2   系统设计 
2.1 调理电路 
   本文中采用了二级放大及低通滤波电路对信号进行了调理。 第一级放大是利用带有增益的缓冲器对微弱信号进行差分放大，其放大后的电压值约为±2.5V；第二级放大是利用反向放大器及加法电路将信号转变成0~5V的模拟信号，*后通过RC低通滤波器对信号进行滤波，信号干扰，使其满足后续设计的要求。

2.2 数据采集部分设计 
   S7-200系列PLC提供三种型号的模拟量扩展模块供用户使用， 它们具有A/D转换功能，模拟信号发送给 PLC 模拟量扩展模块，经过 A/D 转换，转化成 PLC 内部 CPU 能够识别的数字信号。本文使用的是EM235 模拟量混合模块，

  EM235 模拟量混合模块为用户提供了 4 输入通道和 1 输出通道，所以它可以同时接收来自四个传感器发送过来的模拟信号。EM235 有很多输入量程供用户使用，如：±1V、±2.5V、±5V、±10V、0~50mA、0~500mV、0~1V、0~5V 和 0~10V 等。图 3-3 中，放大器的作用主要是针对不满足 EM235 输入量程的信号进行放大，用户可以通过DIP开关对输入量程进行设置。 偏置调节和增益调节的作用主要是对输入量程进行校准， 偏置调节对0刻度进行校准，增益调节则对满刻度进行校准。以免速率过快影响 A/D 转换的精度，所以在 A/D转换放置一个缓存区对数据进行缓冲。EM235中A/D 转换器的位数为 12 位，其转换时间小于250µs，它对于模拟量输入的阶跃响应时间为15ms。 
 

3  监控系统设计 
3.1 PC 与 PLC通信硬件设计 
   PC机配有标准的 RS232 接口，PLC配有标准的 RS485 接口，要实现二者相连，就有必要在它们之间配置转换器。 西门子公司为用户提供了PC/PPI电缆带有RS232/RS485转换器,
能方便实现二者之间电平转换，从而进行连接。PC 与 S7-200 系列 PLC硬件连接图

3.2 PLC 通信程序设计 
   本系统中，PLC采用 STEP-Micro/WIN32编程软件进行编程。作为桥梁健康监测系统中的下位机，PLC 采取从站模式，PC 通过命令帧的形式向 PLC 传达发送和接收的指令，而PLC对指令进行及时反馈。

 3.3 上位机通信程序设计 
    本文桥梁健康监测系统采用一台 PC 机实现对多台 S7-200 系列 PLC 进行监控，实时反映桥梁结构健康状态。上位机系统软件采用 Delphi 高级语言编程，能够及时准确地对桥梁现场实行监控。上位机PC与下位机 PLC进行串行通信，

3.4 远程客户端设计 
    远程客户端与桥梁现场服务器通过以太网进行数据交换， 远程客户端通过访问桥梁现场服务器数据库，实时掌握桥梁健康状态，并将这些数据存储在远程客户端服务器数据库中，以便后续工作评估调用。 
4  结论 
    本文设计了一种基于桥梁健康监测的分布式测控系统， 针对桥梁结构的复杂性以及环境的不稳定性，系统采用了以工业现场中应用广泛的 PLC 作为下位机，分布式布置在桥梁结构现场，实时采集桥梁上常用传感器的数据，上位机采用工控PC机，利用串口通信技术，与PLC组成功能强大的分布式测控系统

PID是比例、积分、微分的简称，PID控制的难点不是编程，而是控制器的参数整定。参数整定的关键是正确地理解各参数的物理意义，PID控制的原理可以用人对炉温的手动控制来理解。阅读本文不需要高深的数学知识。

    1．比例控制

    有经验的操作人员手动控制电加热炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，PID控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。

    下面介绍操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。设用热电偶检测炉温，用数字仪表显示温度值。在控制过程中，操作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的误差值。然后用手操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定值附近。

    操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置（我们将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流。炉温大于给定值时，误差为负，在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角与位置L的差值与误差成正比。上述控制策略就是比例控制，即PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。

    闭环中存在着各种各样的延迟作用。例如调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。

    比例控制的比例系数如果太小，即调节后的电位器转角与位置L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的总时间过长。比例系数如果过大，即调节后电位器转角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。

    增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。

    单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全误差。

    2．积分控制

    PID控制器中的积分对应于图1中误差曲线 与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。计算机的程序用图1中各矩形面积之和来近似精确的积分，图中的TS就是采样周期。

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图1  积分运算示意图

    每次PID运算时，在原来的积分值的基础上，增加一个与当前的误差值ev（n）成正比的微小部分。误差为负值时，积分的增量为负。

    手动调节温度时，积分控制相当于根据当时的误差值，周期性地微调电位器的角度，每次调节的角度增量值与当时的误差值成正比。温度低于设定值时误差为正，积分项增大，使加热电流逐渐增大，反之积分项减小。因此只要误差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。积分调节的“大方向”是正确的，积分项有减小误差的作用。一直要到系统处于稳定状态，这时误差恒为零，比例部分和微分部分均为零，积分部分才不再变化，并且刚好等于稳态时需要的控制器的输出值，对应于上述温度控制系统中电位器转角的位置L。因此积分部分的作用是稳态误差，提高控制精度，积分作用一般是必须的。

    PID控制器输出中的积分部分与误差的积分成正比。因为积分时间TI在积分项的分母中，TI越小，积分项变化的速度越快，积分作用越强。

    3．PI控制

    控制器输出中的积分项与当前的误差值和过去历次误差值的累加值成正比，因此积分作用本身具有严重的滞后特性，对系统的稳定性不利。如果积分项的系数设置得不好，其负面作用很难通过积分作用本身迅速地修正。而比例项没有延迟，只要误差一出现，比例部分就会立即起作用。因此积分作用很少单独使用，它一般与比例和微分联合使用，组成PI或PID控制器。

    PI和PID控制器既克服了单纯的比例调节有稳态误差的缺点，又避免了单纯的积分调节响应慢、动态性能不好的缺点，因此被广泛使用。

    如果控制器有积分作用（例如采用PI或PID控制），积分能阶跃输入的稳态误差，这时可以将比例系数调得小一些。

    如果积分作用太强（即积分时间太小），相当于每次微调电位器的角度值过大，其累积的作用会使系统输出的动态性能变差，超调量增大，甚至使系统不稳定。积分作用太弱（即积分时间太大），则稳态误差的速度太慢，积分时间的值应取得适中。

    4．微分作用

    误差的微分就是误差的变化速率，误差变化越快，其微分绝对值越大。误差增大时，其微分为正；误差减小时，其微分为负。控制器输出量的微分部分与误差的微分成正比，反映了被控量变化的趋势。

    有经验的操作人员在温度上升过快，但是尚未达到设定值时，根据温度变化的趋势，预感到温度将会超过设定值，出现超调。于是调节电位器的转角，提前减小加热的电流。这相当于远方的移动目标时，考虑到运动的时间，需要一定的提前量一样。

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图2   阶跃响应曲线

    图2中的c (∞)为被控量c (t)的稳态值或被控量的期望值，误差e(t) = c (∞) - c (t)。在图2中启动过程的上升阶段，当 时，被控量尚未超过其稳态值。但是因为误差e(t)不断减小，误差的微分和控制器输出的微分部分为负值，减小了控制器的输出量，相当于提前给出了制动作用，以阻碍被控量的上升，所以可以减少超调量。因此微分控制具有超前和预测的特性，在超调尚未出现之前，就能提前给出控制作用。

    闭环控制系统的振荡甚至不稳定的根本原因在于有较大的滞后因素。因为微分项能预测误差变化的趋势，这种“超前”的作用可以抵消滞后因素的影响。适当的微分控制作用可以使超调量减小，增加系统的稳定性。

    对于有较大的滞后特性的被控对象，如果PI控制的效果不理想，可以考虑增加微分控制，以改善系统在调节过程中的动态特性。如果将微分时间设置为0，微分部分将不起作用。

    微分时间与微分作用的强弱成正比，微分时间越大，微分作用越强。如果微分时间太大，在误差快速变化时，响应曲线上可能会出现“毛刺”。

    微分控制的缺点是对干扰噪声敏感，使系统抑制干扰的能力降低。为此可在微分部分增加惯性滤波环节。

    5．采样周期

    PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。采样周期越小，采样值越能反映模拟量的变化情况。但是太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，将使PID控制器输出的微分部分接近为零，所以也不宜将采样周期取得过小。

    应保在被控量迅速变化时（例如启动过程中的上升阶段），能有足够多的采样点数，不致因为采样点数过少而丢失被采集的模拟量中的重要信息。

    6．PID参数的调整方法

    在整定PID控制器参数时，可以根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数。有经验的调试人员一般可以较快地得到较为满意的调试结果。在调试中*重要的问题是在系统性能不能令人满意时，知道应该调节哪一个参数，该参数应该增大还是减小。

    为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保守的参数，例如比例系数不要太大，积分时间不要太小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。给出一个阶跃给定信号，根据被控量的输出波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。应根据PID参数与系统性能的关系，反复调节PID的参数。

    如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应减小比例系数、增大积分时间。如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整参数。

    如果误差的速度较慢，可以适当减小积分时间，增强积分作用。

    反复调节比例系数和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分控制，微分时间从0逐渐增大，反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数。

    总之，PID参数的调试是一个综合的、各参数互相影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非常重要的，也是必须的。

    7．实验验证

    实验使用S7-300 PLC的PID控制功能块FB 41，被控对象由两个串联的惯性环节组成，其时间常数分别为2s和5s，比例系数为3.0。用人机界面的趋势图显示给定曲线和闭环输出量的响应曲线。