西门子PLC*处理单元CPU314C-2DP

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西门子PLC*处理单元CPU314C-2DP

对于工控新人来说，使用STEP7编程时，首先需了解OB/FC/FB/DB等块的功能和作用，待掌握这些块后再进行编程就“轻而易举”了。
    在上经常遇到用户咨询FB的接口变量类型IN_OUT、STAT、TEMP在使用上有何区别，以下通过一个简单的例子进行说明。运用FB块编程计算公式：(A+B) * C = D，在程序中需要通过一个中间变量（例如其变量名定义为“TEMP_value”）传递“A”和“B”相加的结果，然后再乘以“C”得到zui终结果“D”；将中间变量“TEMP_value”分别定义为IN_OUT、STAT或TEMP类型后做如下测试。
    首先创建FB1，在IN接口类型中新建A、B、C 三个变量，数据类型INT；在OUT接口类型中新建D 变量，数据类型INT；在OB1中调用FB1，并生成对应的背景DB块DB1。
    情形一，将中间变量“TEMP_value”定义为IN_OUT类型时，接口定义及程序如图1：

                                           图1  中间变量“TEMP_value”定义为IN_OUT类型

    下载到CPU中执行程序监控，在调用FB1的接口参数处和背景DB块中都可以监控到变量“A”和“B”相加的中间结果“TEMP_value”，如图2所示。

                                     图2  中间变量“TEMP_value”定义为IN_OUT时的在线数据

    情形二，将中间变量“TEMP_value”定义为STAT类型时，接口定义及程序如图3：

                                           图3  中间变量“TEMP_value”定义为STAT类型

    下载到CPU中执行程序监控，仅能在其背景DB块中监控到变量“A”和“B”相加的中间结果“TEMP_value”的值，而在调用FB1的接口参数处无该中间变量，如图4所示。

                                   图4  中间变量“TEMP_value”定义为STAT时的在线数据

    情形三，将中间变量“TEMP_value”定义为TEMP类型时，接口定义及程序如图5：

                                           图5  中间变量“TEMP_value”定义为TEMP类型

    下载到CPU中执行程序监控，既不能在其背景DB块中监控到变量“A”和“B”相加的中间结果“TEMP_value”的值，也不能在调用FB1的接口参数处看到该中间变量，如图6所示。
 
                                      图6  中间变量“TEMP_value”定义为TEMP时的在线数据

    对于同一个中间变量，在FB中定义为不同的参数类型时，其接口参数和对应的背景数据块的显示都不尽相同。所以在不同的需求下可自行定义中间变量的类型，以满足不同的需求。西门子创新工业之道是“知其道，用其妙”，编程也不例外，知“FB接口类型”之道，用其妙。

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。
 

A+DPTR
       MOV P2,A          ；输出到P2口
       INC R0
MOV R3,#02        ；扫描1毫秒
DELAY2:  MOV R5,#248    ；
       DJNZ R5,$
       DJNZ R3,DELAY2
       MOV A,#00H     ；清除屏幕
       MOV P0,A
       ANL P2,#00H    
       DJNZ R6,L3       ；一个字16个码是否完成？
       DJNZ R1,L16      ；每个字的停留时间是否到了？
       MOV 20H,R0      ；取码指针存入20H
       CJNE R0,#0FFH,L100 ；8个字256个码是否完成？
       JMP LOOP ；反复循环
     
 TABLE :
；汉字“倚”的代码
db 01H,00H,02H,00H,04H,00H,1FH,0FFH
db 0E2H,00H,22H,00H,22H,0FCH,26H,88H
db 2AH,88H,0F2H,88H,2AH,0FAH,26H,01H
db 63H,0FEH,26H,00H,02H,00H,00H,00H
；以下分别输入天，一，出， 宝，刀，屠，龙，的代码，略。
end
  电路中行方向由p0口和p2口完成扫描，由于p0口没有上拉电阻，因此接一个4.7k*8的排阻上拉。 如没有排阻，也可用8个普通的4.7k 1/8w电阻。为提供负载能力，接16个2n5551的NPN三极管驱动。
列方向则由4—16译码器74LS154完成扫描，它由89C51的P1.0---P1.3控制。同样，驱动部分则是16个2N5401的三极管完成的。
电路的供电为一片LM7805三端稳压器，耗电电流为100Ma左右。
采用一块12*20cm的*电路板，应当选用质量好些的发光管，（否则有坏点现象， 更换起来较麻烦）首先将256个发光管插入电路板，注意插入方向，同时使高度*，行方向直接焊接起来， 列方向则搭桥架空焊接，完成后用万用表测试一下如有不亮的更换掉。
    然后找一个电脑硬盘的数据线，截取所需的长度，分别将行，列线引出至电路的相关管脚即可。原理图为了简洁，故只画出了示意图，行列方向只画出了2个三极管，屏幕只画出4个发光管， 实际上发光管为256只，三极管行列方向各16只，一共32只。焊接过程认真仔细一天时间即可完成全部制作。将程序编译后烧写入89c51, 插入40pin Ic座，即可看到屏幕轮流显示：“倚天一出宝刀屠龙”。
    当然，你可将程序的汉字代码部分更换为您所需要的代码即可显示你所需要的汉字
元件清单：
名称
数量
规格
4．7k 1/8w
32
电阻
4.7k*8排阻
1
 
2n5551
16
小功率NPN三极管
2n5401
16
小功率PNP三极管
led
256
3mm白发红高亮度
22P
2
瓷片电容
10uf/50v
1
电解电容
100uf/25v
2
电解电容
AT89C51
1
或AT89S51
40pin Ic座
1
插89c51用
12M
1
晶体
74LS154
1
或74HC154
LM7805
1
稳压IC
电源插座
1
 
稳压电源
1

LED显示屏用电源的设计
林建伟，李震
西安普声电信有限责任公司，陕西西安710043
1引言
   LED显示屏是一种迅速发展起来的新型信息显示媒体。随着我国经济的不断发展,已被广泛应用于车站、宾馆、银行、医院等公共场合。显示屏电源是其重要组成部分，主要用来给显示屏发光二极管提供必要的工作电流，保证屏体正常显示。为简单起见，通常采用由一小功率电源带3到4个显示驱动板的供电方案。这样,一个较大面积的显示屏需要配接许多电源模块，例如一个2m×1.5m的屏体，就需要提供24个5V/20A的模块电源。该设计存在以下的缺点。
   1）接线复杂每一个电源均需单独地配置交流输入线、直流输出线。
   2）电源冗余度差在大多数情况下，屏体显示内容为文字、动画、图片，每个显示驱动板消耗的电流不一样，可能某些电源模块过载，而另一些模块空载。此外，若某一电源失效，会造成屏体的一部分黑屏。
   3）电源过载能力差，利用率低屏体在工作时消耗的电流随画面的内容、颜色、亮度而变化，大部分时间电流较小，而大面积高亮度的画面虽消耗电流大，但持续时间短。考虑到LED是恒流驱动的，只要驱动板可正常工作，供电电压可以降低一些。电源有下拖形状的限流特性，而不是通常的较陡峭形状的限流特性，以保证有较好的过载能力、较高的利用率。
   考虑到以上各点，提出新的供电方案如下：
   1）集中供电，采用n＋1冗余方案。
   2）电源模块设计适当的输出电流，模块可均流。保证屏体装配工艺易实现n＋1冗余。
   3）电源模块有下拖形状的限流特性以保证有较好的过载能力、较高的利用率。
   4）电源模块有扁平的外形，自然散热，易于在屏体上安装，并利用屏体散热。
   5）电源模块带APFC，减小对电网的干扰，适应电网的波动。
2电路设计
   采用集中供电方案可避免分散供电的缺点，但要求电源的可靠性更高，否则电源一旦失效会造成整屏的黑屏，而不是部分黑屏。提高电源可靠性的zui积极的办法为提高变换效率，减少发热量，同时选用可靠性高的线路与器件。
2．1AC/DC电路设计
   传统的AC/DC全波整流电路采用的是整流＋电容滤波电路。这种电路是一种非线性器件和储能元件的组合，输入交流电压的波形是正弦的，但输入电流的波形发生了严重的畸变，呈脉冲状。由此产生的谐波电流对电网有危害作用，使电源输入功率因素下降。在本设计中整流电路部分采用有源功率因数校正电路(APFC),避免了上述缺点。其电路如图1所示。

   与典型PFC主电路不同的是此电路选用了无损吸收缓冲网络。该网络降低了开关管的开关损耗,提高了其稳定性,增强了其使用寿命。它利用一组无源元件,使开关管实现了零电流开通和零电压关断，提高了电源的工作效率,且相对于其它谐振软开关电路，降低了生产成本。
   下面通过分析PFC主开关Q的工作过程来说明此无损吸收缓冲网络的工作原理。
   1）Q导通时，因为电感 L2中电流不能突变，且C2、C1电压不能突变，Q中的的电流从零开始增加,缓慢上升。通过 D4的电流iD4渐减。Q实现零电流开通，导通的损耗较小。
   2）当电流iD4减少为零时，D4进入反向恢复状态，通过电感 L2的电流iL2=iL1＋irD4。D4反向电流irD4的变化率受到电感 L2的控制，反向恢复损耗降低。
   3）主电感L2中电流缓慢增加，Q上的电压 uQ下降。电容C2通过D2、C1、L2、Q放电 ,C2上的电压uC2下降。
   4）当uC2下降为零时,C2中的能量*转向 C1、L2。L2中的电流饱和不变，uQ下降变为零，Q完成零电流开通过程。
   5）Q保持开通状态,与普通PFC电路的开关管状态相同。
   6）Q关断时，L2中的电流 iL2通过D1流向C2，C2从零开始充电，Q实现零电压关断，关断损耗较小。二极管 D2、D3使uC2zui终钳位在输出电压VL。
   7）L2在导通时存储的能量通过 D1、D2流向C1，L2逐渐复位。当 L2复位后，C1中的能量通过D3输出。
   8）当C1两端电压变为零时， D4正向导通。Q完成零电压关断过程。
   9）Q保持关断状态直到开始进入新的开关循环过程。
   Q的开关波形如图2所示;Q的实测导通时间和关断时间如图3所示。（电源负载22A）
   从以上分析可知此无损吸收网络具有以下几个特点。
   1）Q的zui大工作电压等于输出电压 VL。
   2）PFC电路的输出二极管D4的耐压是 VL与电感L2的反向电压之和。
   3）Q中的电流上升率，即Q的开通损耗决定于电感 L2两端电压和L2的电感量。
   4）Q两端的电压上升率，即Q的关断损耗决定于流过电容 C2的电流和C2的容量。
   5）由于开关动作引起的存储在 L2和C2中的能量zui终都输出给了负载，保证了转换器的工作效率。
2．2DC/DC主电路设计
   DC/DC主电路采用单端双正激电路。单端双正激电路相对于其它拓扑电路结构，开关管承受电压低，在控制电路设计中不必担心共态导通问题，也不会因电路不对称发生高频变压器单向偏磁，即不存在变压器饱和问题，是一种可靠性较高的电路。考虑到整机的高度不超过60mm，以及变压器工艺、安装、散热的要求，DC/DC变换采用双变压器、双输出电感结构。变压器原边并联，副边各自用一个输出电感，如图4所示。
   该电路的无损吸收网络不同于AC/DC部分电路所采用的无损吸收网络。它仅使开关管完成了零电压关断过程。以下以开关 Q2为例（Q1与Q2变化状态相同），简述该网络的工作原理。

   1）导通过程
   Q1、Q2开通时，除一路电流通过 Q1、T1副边、Q2外，另一路电流流过 Q1、C5
L7、D10、C7、 Q2形成LC振荡回路，C5、C7被充电。当A与B点之间的电压uAB等于主电路电压VDC时，由于 D10的单向导电性，振荡结束。电感L7起限制 C7、C5中的电流变化的作用。Q1、 Q2中流过的电流为从副边折算到原边的负载电流与C5、C7充电电流之和。
   2）关断过程
   Q1、Q2关断时，由于B点对地电压为零，C7从零开始充电， Q2对地电压uQ2缓慢上升，Q2零电压关断。加在 Q2上的电压因二极管D15的钳位作用，zui终为VDC。因此，B点电压升为VDC。 Q2实现零电压关断过程。
   由于变压器励磁电感、漏感及引线寄生电感所引起的感应电势的能量通过 C7、D14返回电源，Q2上的电压维持在VDC直到变压器原边磁通复位。此时， Q1、Q2上的电压分别为VDC/2直到新的工作周期。
   Q2的开通期间与关断期间的状态与普通开关管同期间的状态相同。
   图5为实测Q2开关波形。图6为实测 Q2零电压关断波形。
   从以上分析中,可以总结出以下特点。
   1）电路中每个开关管的zui大工作电压等于电源电压。
   2）Q1、Q2关断的电压上升率分别决定于电容 C5、C7的容量。
2．3控制电路设计
   为保证电源安全可靠地工作，电路设计中采用TOP224Y制作一反激式开关电源作为辅助源，如图7所示。其两路输出分别为AC/DC部分和DC/DC部分的控制电路供电。