?S7 - 300的模擬量I/O模塊包括模擬量輸入模塊SM 331、模擬量輸出模塊SM 332、模擬量輸入/輸出模塊SM 334和SM 335。

    1．模擬量變送器

    生產(chǎn)過(guò)程中大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來(lái)測(cè)量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量、液位、物體的成分和頻率等。有的是強(qiáng)電電量，例如發(fā)電機(jī)組的電流、電壓、有功功率和無(wú)功功率、功率因數(shù)等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電流或直流電壓信號(hào)，例如DC 0～10V和DC 4~20 mA。

    2．SM 331模擬量輸入模塊的基本結(jié)構(gòu)

    模擬量輸入模塊用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要組成部分是A/D (Analog/Digit)轉(zhuǎn)換器（見(jiàn)圖2-49中的ADC）。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般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(hào)。SM 331也可以直接連接不帶附加放大器的溫度傳感器（熱電偶或熱電阻），這樣可以省去溫度變送器，不但節(jié)約了硬件成本，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也更加緊湊。

    一塊SM 331模塊中的各個(gè)通道可以分別或分組使用電流輸入或電壓輸入，并選用不同的量程。大多數(shù)模塊的分辨率（轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字的位數(shù)）可以在組態(tài)時(shí)設(shè)置，轉(zhuǎn)換時(shí)間與分辨率有關(guān)。

    圖2-49    模擬量輸入模塊示意圖

    模擬量輸入模塊由多路開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)、光隔離元件、內(nèi)部電源和邏輯電路組成。各模擬量輸入通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，用多路開(kāi)關(guān)切換被轉(zhuǎn)換的通道，模擬量輸入模塊各輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程和轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)與傳送是順序進(jìn)行的。

    各個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存到各自的存儲(chǔ)器，直到被下一次的轉(zhuǎn)換值覆蓋?？梢杂醚b入指令“L PIW…”來(lái)訪問(wèn)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

    3．傳感器與模擬量輸入模塊的接線

    傳感器與模擬量輸入模塊的連接分為下列各種情況：連接帶電隔離的傳感器、連接不帶電隔離的傳感器、連接電壓傳感器、連接電流傳感器、連接電阻和熱電阻、連接帶內(nèi)部補(bǔ)償?shù)臒犭娕?、連接帶外部補(bǔ)償?shù)臒犭娕肌?/p>

    各種情況的接線方式和注意事項(xiàng)見(jiàn)隨書(shū)光盤(pán)中的《S7 - 300模塊數(shù)據(jù)設(shè)備手冊(cè)》第4章。

    4．S7 -300模擬量輸入模塊的技術(shù)參數(shù)

    除了1KF01 - 0AB0，其余模塊均用紅色LED指示組故障。模塊與背板總線之間有隔離，熱電偶、熱電阻輸入時(shí)進(jìn)行了線性化處理。

    使用屏蔽電纜時(shí)大距離為200m，輸入信號(hào)為50 mV或80 mV時(shí)，大距離為50m。

    5．模擬量輸入模塊的掃描時(shí)間

    通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間由基本轉(zhuǎn)換時(shí)間和模塊的電阻測(cè)試和斷線監(jiān)控時(shí)間組成，基本轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于模擬量輸入模塊的轉(zhuǎn)換方法（例如積分法和瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換法）。積分轉(zhuǎn)換法的積分時(shí)間直接影響轉(zhuǎn)換時(shí)間，可以在STEP 7中設(shè)置積分時(shí)間。

    掃描時(shí)間是指模擬量輸入模塊對(duì)所有被激活的模擬量輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理的時(shí)間的總和。如果模擬量輸入通道進(jìn)行了通道分組，還需要考慮通道組之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。

    6．模擬量輸入模塊的量程卡

    模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)類型用量程卡（或稱為量程模塊）來(lái)設(shè)置。量程卡安裝在模擬量輸入模塊的側(cè)面，每?jī)蓚€(gè)通道為一組，共用一個(gè)量程卡，圖2-50中的模塊有8個(gè)通道，因此有4個(gè)量程卡。量程卡插入輸入模塊后，如果量程卡上的標(biāo)記C與輸入模塊上的箭頭標(biāo)記相對(duì)，則量程卡被設(shè)置在C位置。各位置對(duì)應(yīng)的測(cè)量類型和測(cè)量范圍都印在模擬量模塊上。

常規(guī)PID控制是過(guò)程控制中應(yīng)用較為廣泛的一種控制規(guī)律，具有原理簡(jiǎn)單、使用方便和穩(wěn)定等特點(diǎn)。但常規(guī)PID在控制過(guò)程中的參數(shù)都是固定不變的，若用于調(diào)節(jié)*空調(diào)這樣具有非線性、不確定性、滯后性和干擾性等問(wèn)題的系統(tǒng)，常規(guī)PID控制很難達(dá)到控制精度。

因此，本文針對(duì)*空調(diào)系統(tǒng)將PID和模糊控制相結(jié)合，提出了模糊自適應(yīng)PID控制。模糊控制是用語(yǔ)言歸納操作人員的控制策略，運(yùn)用語(yǔ)言變量和模糊集合理論形成控制算法的一種控制。模糊控制不需要建立對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只要求把現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)成比較完善的語(yǔ)言控制規(guī)則，因此它能繞過(guò)對(duì)象的不確定性、不精確性、噪聲、非線性、時(shí)變性以及時(shí)滯等影響。模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，尤其適用于非線性、時(shí)變、滯后的系統(tǒng)的控制。但是傳統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID控制初始參數(shù)是人為給定的，不能從系統(tǒng)中自動(dòng)得到，因此本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于在傳統(tǒng)模糊自適應(yīng)PID控制基礎(chǔ)之上增加辨識(shí)結(jié)構(gòu)和Bang-Bang控制，對(duì)傳統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID控制初始值進(jìn)行優(yōu)化。

7-300的CPU用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量值。其中位為符號(hào)位S，“0”表示正值，“1”表示負(fù)值，被測(cè)值的精度可以調(diào)整，取決于模擬量模塊的性能和它的設(shè)定參數(shù)，對(duì)于精度小于15位的模擬量值，低字節(jié)中冪項(xiàng)低的位不用。

　　S7-300模擬量輸入模塊可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)，而模擬量輸出模塊可以輸出0～10 V、1～5 V、－10 V～10 V、0～20 mA、4～20 mA等模擬信號(hào)。

　　2、模擬量輸入模塊SM331

　　模擬量輸入(簡(jiǎn)稱模入(AI))模塊SM331目前有三種規(guī)格型號(hào)，即8AI×l2位模塊、2AI×l2位模塊和8AI×l6位模塊。

　　SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。SM331可選四檔積分時(shí)間：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相對(duì)應(yīng)的以位表示的精度為8、12、12和14。

西門(mén)子PM240-2功率模塊6SL3210-1PE13-2UL1是三相交流 47-63Hz 重過(guò)載功率：0.75kW 當(dāng) 200% 3S，150% 57S， * 240S；環(huán)境溫度 -10 至 +50°C；功率 輕過(guò)載：1.1kW 當(dāng) 150% 3S，110% 57S， * 240S；環(huán)境溫度 -10 至 +40°C 196x 73x 165（高x寬x深）,FSA 防護(hù)等級(jí) IP20 不帶控制單元和 操作單元

　　如何通過(guò)USS協(xié)議實(shí)現(xiàn)西門(mén)子S7-1200與G120變頻器的通信

　　西門(mén)子S7-1200 緊湊型PLC在當(dāng)前的市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，作為經(jīng)常與SINAMICS G120系列變頻器共同使用的PLC，其USS通信協(xié)議的使用一直在市場(chǎng)上有著非常廣泛的應(yīng)用。本文將主要介紹如何使用USS通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

　　1．控制系統(tǒng)原理和接線圖

　　下圖是本例中所使用的原理和接線圖。

　　圖1 控制系統(tǒng)原理和接線圖

　　2．硬件需求

　　S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：

　　1）S7-1211C CPU。

　　2）S7-1212C CPU。

　　3）S7-1214C CPU。

　　這三種類型的CPU都可以使用USS通信協(xié)議通過(guò)通信模塊CM1241 RS485來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

　　本例中使用的PLC硬件為：

　　1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )

　　2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )

　　3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )

　　4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

　　本例中使用的G120變頻器硬件為：

　　1） SINAMICS G120 PM240 （6SL3244-0BA20-1BA0）

　　2） SINAMICS G120 CU240S（6SL3224-0BE13-7UA0）

　　3） SIEMENS MOTOR (1LA7060-4AB10)

　　4） 操作面板 ( XAU221-001469)

　　5） USS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

　　3．軟件需求

　　1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

　　4．組態(tài)

　　我們通過(guò)下述的實(shí)際操作來(lái)介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。

　　4. 1 PLC 硬件組態(tài)

　　首先在Step7 Basic V10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目，如圖2所示。

　　圖2： 新建S7 1200項(xiàng)目

　　在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖3所示。

　　圖3： S7 1200硬件配置

　　在CPU的屬性中，設(shè)置以太網(wǎng)的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。

　　圖4： S7 1200 IP地址的設(shè)置

　　4. 2 G120參數(shù)設(shè)置

　　變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示。

　　表1 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置

　　注意：表1中的17，18，19，20 這四項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相*。而19，20這兩個(gè)參數(shù)值必須設(shè)置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問(wèn)題：可能不能讀出從變頻器反饋回來(lái)的參數(shù)值。

　　5．USS通信原理與編程的實(shí)現(xiàn)

　　5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過(guò)USS通信的基本原理

　　S7 1200提供了的USS庫(kù)進(jìn)行USS通信，如下圖所示：

　　圖5： S7 1200 的USS庫(kù)

　　USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過(guò)這個(gè)功能快來(lái)完成的。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。

　　USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù)。可在主OB或中斷OB中調(diào)用。

　　USS_RPM功能塊是通過(guò)USS通信讀取變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。

　　USS_WPM功能塊是通過(guò)USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。

　　這些功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：

　　圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系

　　USS_DRV功能塊通過(guò)USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)接收與傳送，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。

　　每個(gè)S7-1200 CPU多可帶3個(gè)通信模塊，而每個(gè)CM1241 RS485通信模塊多支持16個(gè)變頻器。因此用戶在一個(gè)S7-1200 CPU中多可建立3個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)多支持16個(gè)變頻器，總共多支持48個(gè)USS變頻器。

　　5. 2 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的編程

　　1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程

　　USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。

　　圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程

　　USS_PORT功能塊用來(lái)處理USS網(wǎng)絡(luò)上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個(gè)CM1241 RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。

　　PORT：指的是通過(guò)哪個(gè)通信模塊進(jìn)行USS通信。

　　BAUD：指的是和變頻器進(jìn)行通行的速率。 變頻器的參數(shù)P2010種進(jìn)行設(shè)置。

　　USS_DB：指的是和變頻器通信時(shí)的USS數(shù)據(jù)塊。每個(gè)通信模塊多可以有16個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，每個(gè)CPU多可以有48個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相聯(lián)系。每個(gè)變頻器與S7-1200進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)塊是的。

　　ERROR：輸出錯(cuò)誤。

　　STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。

　　S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個(gè)掃描。石家莊西門(mén)子模塊代理商6ES7 323-1BL000AA0石家莊西門(mén)子模塊代理商6ES7 323-1BL000AA0

　　USS_PORT通信的時(shí)間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時(shí)間，不同的通信波特率對(duì)應(yīng)的不同的USS_PORT通信間隔時(shí)間。下圖列出了不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間。

　　圖8：不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間

　　USS_PORT在發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，通常進(jìn)行3次嘗試來(lái)完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時(shí)間就是USS_PORT發(fā)生通信超時(shí)的時(shí)間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)大于小的調(diào)用時(shí)間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協(xié)議庫(kù)默認(rèn)的通信錯(cuò)誤超時(shí)嘗試次數(shù)是2次。

　　基于以上的USS_PORT通信時(shí)間的處理，我們建議在循環(huán)中斷OB塊中調(diào)用USS_PORT通信功能塊。在建立循環(huán)中斷OB塊時(shí)，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間，以滿足通信的要求。循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置如下圖所示：

　　圖9：循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置

　　2．USS_DRV功能塊的編程

　　USS_DRV功能塊的編程如下圖所示。

　　圖10： USS_DRV功能塊的編程

　　5. 3 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的調(diào)試

　　S7-1200 PLC 通過(guò)CM1241 RS485模塊與變頻器進(jìn)行USS通信時(shí)，需要注意如下幾點(diǎn)：

　　當(dāng)同一個(gè)CM1241 RS485 模塊帶有多個(gè)（多16個(gè)）USS變頻器時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的USS_DB是同一個(gè)，USS_DRV功能塊調(diào)用多次，每個(gè)USS_DRV功能塊調(diào)用時(shí)，相對(duì)應(yīng)的USS站地址與實(shí)際的變頻器要*，而其它的控制參數(shù)也要*。

　　當(dāng)同一個(gè)S7-1200 PLC 帶有多個(gè)CM1241 RS485模塊（多3個(gè)）時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的USS_DB相對(duì)應(yīng)的是3個(gè)，每個(gè)CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)使用相同的USS_DB,不同的USS網(wǎng)絡(luò)使用不同的USS_DB。

　　當(dāng)對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，注意不能同時(shí)進(jìn)行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一時(shí)間只能進(jìn)行一個(gè)參數(shù)的讀或者寫(xiě)操作，而不能進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的讀或者寫(xiě)操作。

　　在S7-1200 PLC 與變頻器的USS通信的實(shí)際使用過(guò)程中，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行具體的解決。