西門子將電氣化、自動(dòng)化、數(shù)字化的力量融入各行各業(yè)，以前所未見的高度、速度、精度和深度，讓關(guān)鍵所在，逐一實(shí)現(xiàn)。
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全新原裝: 參數(shù)
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PID控制的難點(diǎn)在于整定控制器的參數(shù)。為了學(xué)習(xí)整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，開環(huán)運(yùn)行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個(gè)閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對(duì)象、檢測(cè)元件、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如可以用電熱水壺作為被控對(duì)象，用熱電阻檢測(cè)溫度，用溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓，用移相控制的交流固態(tài)調(diào)壓器作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
有沒有比較簡單的實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？
在控制理論中，用傳遞函數(shù)來描述被控對(duì)象、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PID控制器。
被控對(duì)象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實(shí)驗(yàn)室可以用以運(yùn)算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對(duì)象（包括檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的傳遞函數(shù)。我曾將這種運(yùn)放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。
用運(yùn)算放大器模擬被控對(duì)象一般需要做印刷電路板，還是比較麻煩。有沒有更簡單的方法呢？
除了用運(yùn)算放大器來模擬被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對(duì)象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對(duì)象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對(duì)象，DISV是系統(tǒng)的擾動(dòng)輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。
被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為3個(gè)串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數(shù)為
分母中的“s”為自動(dòng)控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時(shí)間常數(shù)設(shè)為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)。圖中被控對(duì)象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對(duì)象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。
下圖是模擬被控對(duì)象的子程序，實(shí)際上只用了兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時(shí)中斷時(shí)間間隔來調(diào)用這個(gè)子程序。
下圖是用來監(jiān)視PID回路運(yùn)行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調(diào)節(jié)控制面板，可以用它進(jìn)行PID參數(shù)自整定或手動(dòng)調(diào)節(jié)PID參數(shù)的實(shí)驗(yàn)。標(biāo)有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應(yīng)曲線。
將上圖中的積分時(shí)間由0.03min（分鐘）增大到0.12min，下圖的超調(diào)量有明顯的減小。通過修改PID的參數(shù)，觀察被控量階躍響應(yīng)曲線給出的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間等特征量的變化情況，可以形象直觀、快速地學(xué)習(xí)和掌握PID參數(shù)的整定方法。
S7-200的仿真軟件不是西門子公司編寫的，國內(nèi)有人將它漢化，其V2.0版可以對(duì)S7-200編程軟件V4.0 編寫的程序仿真。該仿真軟件不能對(duì)S7-200的全部指令和全部功能仿真。但是它仍然不失為一個(gè)很好的學(xué)習(xí)S7-200的工具軟件。
該軟件不需要安裝，執(zhí)行其中的“S7-200仿真.EXE”文件，就可以打開它。點(diǎn)擊屏幕中間出現(xiàn)的畫面，輸入密碼6596后按回車鍵，開始仿真。
軟件自動(dòng)打開的是老型號(hào)的CPU 214，應(yīng)執(zhí)行菜單命令“配置”→“CPU型號(hào)”，用打開的對(duì)話框設(shè)置CPU的型號(hào)為CPU 22x。
下圖左邊是CPU 224，CPU模塊下面是用于輸入數(shù)字量信號(hào)的小開關(guān)板。開關(guān)板下面的直線電位器用來設(shè)置SMB28和SMB29的值。
雙擊CPU模塊右邊空的方框，用出現(xiàn)的對(duì)話框添加擴(kuò)展模塊。
仿真軟件不能直接接收S7-200的程序代碼，必須用編程軟件的“導(dǎo)出”功能將S7-200的用戶程序轉(zhuǎn)換為擴(kuò)展名為“awl”的ASCII文本文件，然后再下載到仿真PLC中去。
在編程軟件中打開主程序OB1，執(zhí)行菜單命令“文件”→“導(dǎo)出”，導(dǎo)出ASCII文本文件。
在仿真軟件中執(zhí)行菜單命令“文件”→“裝載程序”，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇下載什么塊，點(diǎn)擊“確定”按鈕后，在出現(xiàn)的“打開”對(duì)話框中雙擊要下載的*.awl文件，開始下載。下載成功后，CPU模塊上出現(xiàn)下載的ASCII文件的名稱，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)下載的程序代碼文本框和梯形圖（見下圖）。
執(zhí)行菜單命令“PLC”→“運(yùn)行”，開始執(zhí)行用戶程序。 如果用戶程序中有仿真軟件不支持的指令或功能，執(zhí)行菜單命令“PLC”→“運(yùn)行”后，出現(xiàn)的對(duì)話框顯示出仿真軟件不能識(shí)別的指令。點(diǎn)擊“確定”按鈕，不能切換到RUN模式，CPU模塊左側(cè)的“RUN”LED的狀態(tài)不會(huì)變化。
可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊CPU模塊下面的開關(guān)板上的小開關(guān)來模擬輸入信號(hào)，通過模塊上的LED觀察PLC輸出點(diǎn)的狀態(tài)變化，來檢查程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確。
在RUN模式點(diǎn)擊工具欄上的
按鈕，可以用程序狀態(tài)功能監(jiān)視梯形圖中觸點(diǎn)和線圈的狀態(tài)。
執(zhí)行菜單命令“查看”→“內(nèi)存監(jiān)控”，可以用出現(xiàn)的對(duì)話框監(jiān)控V、M、T、C等內(nèi)部變量的值。
SIMATIC S7-300功能模塊 多面板模塊系列 S7-300 可以進(jìn)行模塊定制來滿足最多變的任務(wù)。
功能模塊是智能性的，可以獨(dú)立執(zhí)行技術(shù)任務(wù)，如計(jì)數(shù)、測(cè)量、凸輪控制、PID 控制和傳動(dòng)控制。 因此它們可以減輕 CPU 的負(fù)荷。
它們可以使用在需要高等級(jí)的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用中。
高等級(jí)的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)
帶有豐富功能的專用和通用模塊
不涉及 CPU，因?yàn)楣δ鼙４嬖诿總€(gè)模塊的固件里
快速的響應(yīng)時(shí)間（確定性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)）
使用組態(tài)工具進(jìn)行工程組態(tài)，集成到 STEP 7 中
功能模塊是能夠執(zhí)行技術(shù)任務(wù)并因此降低 CPU 負(fù)荷的智能模塊。
可以提供基于 STEP 7 和 STEP 7-Micro/WIN 的組態(tài)工具，用于設(shè)置參數(shù)。通過具有用戶友好性的屏幕進(jìn)行參數(shù)化和試運(yùn)行。
S7-300 功能模塊還可以用在
ET 200M I/O 系統(tǒng)的分布式組態(tài)中——以及基于 PC、帶有 WinAC 的自動(dòng)化中。
| 模塊 | 功能 | 通道/ |
|---|---|---|
| FM 350-1 | 模塊功能通道/軸計(jì)算、測(cè)量、定位、位置檢測(cè)（增量） | 1 |
| FM 350-2 | 計(jì)算、測(cè)量、定位 | 81) |
| FM 352 | 凸輪控制 | 1 |
| FM 352-2 | 高速二進(jìn)制邏輯運(yùn)算 | 1 |
| FM 355C | PID 控制（連續(xù)） | 4 |
| FM 355S | PID 控制（分步/脈沖） | 4 |
| FM 355-2C | 溫度控制（連續(xù)） | 4 |
| FM 355-2S | 溫度控制（分步/脈沖） | 4 |
| FM 351 | 定位（快速進(jìn)給/間歇給料） | 2 |
| SM 338 | 位置檢測(cè)（SSI） | 3 |
| FM 353 | 定位（使用步進(jìn)電機(jī)） | 1 |
| FM 354 | 配料（使用伺服電機(jī)） | 1 |
| FM 357-2 | 定位、路徑控制、插值、同步 | 4 |
| IM 174 | 通過 PROFIBUS 異步連接電機(jī) | 4 |
1)SIPLUS 組件還可以用于腐蝕性氣體環(huán)境/冷凝
而在西門子的數(shù)控產(chǎn)品中最有特點(diǎn)，最有代表性的系統(tǒng)應(yīng)該是840D系統(tǒng)。因此，我們可以通過了解西門子840D系統(tǒng)，來了解西門子數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。首先通過以下的實(shí)物圖觀察840D系統(tǒng)。
2. 西門子810D系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
SINUMERIK840D是由數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元（CCU或NCU），MMC,PLC模塊三部分組成，由于在集成系統(tǒng)時(shí)，總是將SIMODRIVE611D驅(qū)動(dòng)和數(shù)控單元(CCU或NCU)并排放在一起，并用設(shè)備總線互相連接，因此在說明時(shí)將二者劃歸一處。
西門子數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成圖
2.1 人機(jī)界面
人機(jī)交換界面負(fù)責(zé)NC數(shù)據(jù)的輸入和顯示,它由MMC和OP組成MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)單元，MMC,MCP(MachineControl Panel)三部分。MMC實(shí)際上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，有自己獨(dú)立的CPU,還可以帶硬盤，帶軟驅(qū)；OP單元正是這臺(tái)計(jì)算機(jī)的顯示器，而西門子MMC的控制軟件也在這臺(tái)計(jì)算機(jī)中。
（1）、MMC(Man Machinecommunication)
最常用的MMC有兩種：MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU為486,不能帶硬盤；而MMC103的CPU為奔騰，可以帶硬盤，一般的，用戶為SINUMERIK810D配MMC100.2,而為SINUMERIK840D配MMC103.PCU(PCUNIT)是專門為配合西門子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而開發(fā)的MMC模塊，目前有三種PCU模塊——PCU20、PCU50、PCU70,PCU20對(duì)應(yīng)于MMC100.2，不帶硬盤，但可以帶軟驅(qū)；PCU50、PCU70對(duì)應(yīng)于MMC103,可以帶硬盤，與MMC不同的是：PCU50的軟件是基于WINDOWS NT的。PCU的軟件被稱作HMI,
HMI有分為兩種：嵌入式HMI和高級(jí)HMI。一般標(biāo)準(zhǔn)供貨時(shí)，PCU20裝載的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70則裝載高級(jí)HMI.
（2）、OP(Operation pannel)
OP單元一般包括一個(gè)10.4〞TFT顯示屏和一個(gè)NC鍵盤。根據(jù)用戶不同的要求，西門子為用戶選配不同的OP單元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最為常用。
（3）、MCP(Machine controlpannel)
MCP是專門為數(shù)控機(jī)床而配置的，它也是OPI上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，其布局也不同，目前，有車床版MCP和銑床版MCP兩種。對(duì)810D和840D，MCP的MPI地址分別為14和6，用MCP后面的S3開關(guān)設(shè)定。