西門子將電氣化、自動化、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，逐一實現(xiàn)。
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全新原裝: 參數(shù)
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PID控制的難點在于整定控制器的參數(shù)。為了學習整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實驗，開環(huán)運行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。例如可以用電熱水壺作為被控對象，用熱電阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標準電壓，用移相控制的交流固態(tài)調(diào)壓器作執(zhí)行機構(gòu)。
有沒有比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？
在控制理論中，用傳遞函數(shù)來描述被控對象、檢測元件、執(zhí)行機構(gòu)和PID控制器。
被控對象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實驗室可以用以運算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對象（包括檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)）的傳遞函數(shù)。我曾將這種運放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動調(diào)節(jié)實驗。
用運算放大器模擬被控對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？
除了用運算放大器來模擬被控對象的傳遞函數(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。使用模擬的被控對象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對象，DISV是系統(tǒng)的擾動輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。
被控對象的數(shù)學模型為3個串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數(shù)為
分母中的“s”為自動控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時間常數(shù)設(shè)為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個數(shù)。圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。
下圖是模擬被控對象的子程序，實際上只用了兩個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時中斷時間間隔來調(diào)用這個子程序。
下圖是用來監(jiān)視PID回路運行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調(diào)節(jié)控制面板，可以用它進行PID參數(shù)自整定或手動調(diào)節(jié)PID參數(shù)的實驗。標有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應曲線。
將上圖中的積分時間由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曲線給出的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間等特征量的變化情況，可以形象直觀、快速地學習和掌握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S7-200編程軟件V4.0 編寫的程序仿真。該仿真軟件不能對S7-200的全部指令和全部功能仿真。但是它仍然不失為一個很好的學習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。
軟件自動打開的是老型號的CPU 214，應執(zhí)行菜單命令“配置”→“CPU型號”，用打開的對話框設(shè)置CPU的型號為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)的對話框添加擴展模塊。
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“導出”功能將S7-200的用戶程序轉(zhuǎn)換為擴展名為“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”→“導出”，導出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)的對話框中選擇下載什么塊，點擊“確定”按鈕后，在出現(xiàn)的“打開”對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，同時會出現(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”→“運行”后，出現(xiàn)的對話框顯示出仿真軟件不能識別的指令。點擊“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)不會變化。
可以用鼠標點擊CPU模塊下面的開關(guān)板上的小開關(guān)來模擬輸入信號，通過模塊上的LED觀察PLC輸出點的狀態(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 可以進行模塊定制來滿足最多變的任務。
功能模塊是智能性的，可以獨立執(zhí)行技術(shù)任務，如計數(shù)、測量、凸輪控制、PID 控制和傳動控制。 因此它們可以減輕 CPU 的負荷。
它們可以使用在需要高等級的精度和動態(tài)響應的應用中。
高等級的精度和動態(tài)響應
帶有豐富功能的專用和通用模塊
不涉及 CPU，因為功能保存在每個模塊的固件里
快速的響應時間（確定性的動態(tài)響應）
使用組態(tài)工具進行工程組態(tài)，集成到 STEP 7 中
功能模塊是能夠執(zhí)行技術(shù)任務并因此降低 CPU 負荷的智能模塊。
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行參數(shù)化和試運行。
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 的自動化中。
| 模塊 | 功能 | 通道/ |
|---|---|---|
| FM 350-1 | 模塊功能通道/軸計算、測量、定位、位置檢測（增量） | 1 |
| FM 350-2 | 計算、測量、定位 | 81) |
| FM 352 | 凸輪控制 | 1 |
| FM 352-2 | 高速二進制邏輯運算 | 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（快速進給/間歇給料） | 2 |
| SM 338 | 位置檢測（SSI） | 3 |
| FM 353 | 定位（使用步進電機） | 1 |
| FM 354 | 配料（使用伺服電機） | 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 | 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，最有代表性的系統(tǒng)應該是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)動單元（CCU或NCU），MMC,PLC模塊三部分組成，由于在集成系統(tǒng)時，總是將SIMODRIVE611D驅(qū)動和數(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 人機界面
人機交換界面負責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實際上就是一臺計算機，有自己獨立的CPU,還可以帶硬盤，帶軟驅(qū)；OP單元正是這臺計算機的顯示器，而西門子MMC的控制軟件也在這臺計算機中。
（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對應于MMC100.2，不帶硬盤，但可以帶軟驅(qū)；PCU50、PCU70對應于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HMI。一般標準供貨時，PCU20裝載的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70則裝載高級HMI.
（2）、OP(Operation pannel)
OP單元一般包括一個10.4〞TFT顯示屏和一個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)控機床而配置的，它也是OPI上的一個節(jié)點，根據(jù)應用場合不同，其布局也不同，目前，有車床版MCP和銑床版MCP兩種。對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。