西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8多仓发货

一、引言：
　　随着精密空调在各行各业的广泛应用，越来越多的空调厂商开始涉足进来，对于精密空调±0.5℃DB和±1.5%RH的要求，使广大厂商在保证性能的同时很难降低成本。
德维森公司的V80系列小型PLC在该行业得到了广泛的应用，其优越的组网监控能力和超强的PID和温控功能使整个系统的功能得到了很好的提升，同时V80比其它有类似功能的进口PLC在价格方面更加有优势。

二、精密空调技术实现：
精密空调示意图如下：

精密空调一般有一台主机和多台从机，示意图如下：

主机的功能如下：
1、人机接口
　　主机PLC上带人机界面，供用户在现场的设置，设置的数据通过现场总线下传给各个从机上的PLC；同时主机PLC还可以与上位监控PC进行通信，使用户可以在监控室内通过网络监控全厂的空调。
2、采集功能
　　温湿度变送器送来的信号可以送至主机PLC上面，再通过网络下传给各个从机，也可以每个从机带一个温湿度变送器，各种采集自己负责的环境并进行温湿度控制。
3、现场总线网络的主站
　　它负责与所有的从站PLC进行数据交换。
4、主机空调的控制
　　主机PLC一方面要进行各种其它工作，同时它也要负责一台空调的控制。

从机的功能如下：
1、接受上位机的命令并执行
　　用户通过人机界面或者上位机监控软件进行设置，设置后的参数通过主PLC下传给从站PLC，从站PLC根据命令和参数控制空调的阀或者变频器工作。
2、负责从机空调机的控制
　　从机PLC负责从机空调机的控制。

3、本地监控
　　本地可以带人机接口和各种屏进行本地监控。
德维森公司针对前面提到的各种问题，提出了一个更为优胜的方案：
前面的是CPU模块M32DT-DC，它带有两个通信口，一个口可以在线编程，或者接监控电脑或者触摸屏，另一个RS485口可以用于与变频器或者其它仪表的通信。
　　后面的E5THM是热电偶模块，但该模块不但带5路热电偶信号，同时还带5路PWM信号输出，更重要的是E5THM模块内本身带有CPU芯片，并内带PID算法，也就是说E5THM模块本身就是一个5路的温控仪表，CPU模块在上电设置好参数后，E5THM模块就可以自行控制固态继电器的通断，从而控制温度的稳定。
　　如果用户的变频器需要用到模拟量输出模块则需要增加一个E4DA1模块，否则可以考虑用M32DT模块上的通信口与变频器进行通信控制。

该方案的特点于下：
1、功能强，精度高
带温控功能的热电偶模块：
　　不光V80的CPU模块带有PID算法，同时扩展的E5THM模块也带有PID算法，同时E5THM带有5路热电偶输入和5路晶体管输出，可以在一个模块内完成所有的温度控制工作。从而保证温控的精度和响应速度更高，可以轻松满足±1℃的要求。
另外E5THM模块支持B、E、J、K、R、S、T7种热电偶信号，满足各种不同设备的要求。
功能强大的CPU模块：
　　M32DT模块是16路数字量输入和16路晶体管输出的CPU模块，本身带有两个通信口，一个RS232和一个RS485，内部带MODBUS主从通信协议和FREE通信协议，可以与各种HMI或者各种组态软件通信，目前德维森为各回流焊厂商提供的通信协议库文件也使各厂商自行开发上位机软件提供了相当多的便利。
　　M32DT内带FLASH存储器，可以将各种参数存储在本地，同时还带有掉电保持的RAM芯片，可以保证使用的可靠性和便利。
M32DT高速的运算速度和完备的数学运算能力更使其在需要大更通信和模拟量处理的环境从容应对。
2、可靠性高，抗干扰能力强
　　整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在任何恶劣的环境中游刃有余，另外V80全系列产品都通过了CE认证，也为用户产品的出口打下了良好的基础。
3、
　　一方面因为热电偶模块的整合，使整个系统的点数需求减至少，另一方面德维森作为国内厂商，在人力成本和品牌成本方面有进口产品的优势，所以该方案相对于使用其它PLC或者工控机加板卡的方案，性价比更高。
三、结论：
　　该回精密空调方案在多家空调厂商的应用过程中，得到了极高的好评，作为国内的工业控制厂商，德维森一直以“客户自己的PLC”作为自己的服务理念，立足于国内装备制造业，为广大设备生产厂商提供更为贴近的服务

1、引言
　　随着中国经济的蓬勃发展，我国单位GDP能耗与欧美发达国家的差距越来越大，引起了中央的极大的关注，十一五规划更是将“建立全社会的可持续发展能效目标”和“向低能耗方向有效调整产业结构”作为重中之重。
目前相当多的整厂节能、路灯节能、楼宇节能采用调压节能的方式，德维森公司生产的V80节能专用PLC——V80-C18DRMA-LD正是为节能行业专门开发的专用PLC。
2、节能方案：
　　2.1、灯光节能器的原理如下：
　　电压会随用电的峰谷而波动，路灯在输入电压低于UMIN和大于UMAX时发光率会降低，线路损耗和灯具热耗等无功功耗会加大。引入路灯控制器，对路灯输入电压/电流进行检测，并对路灯的供给电源进行一个合理控制，从而使得能够大程度的节省电能。
同时节能器还起到一个智能控制的功能，当天黑后能自动的把灯打开，并根据不同的策略进行路灯的分组开关。因为各个地方的经纬度不同，冬天和夏天的天黑时间也各不相同。因此要根据不同的地区设置不同的开关灯策略。
　　比方说黑龙江，在夏天在晚上7点左右开灯，而冬天在下午4点开灯，为了满足不同地区不同时段的不同策略，一般需要将全年分成24个以上的段，不同的时间段使用不同的开关灯策略。
一般路灯节能都希望能在远方对现场的数据进行监控，同时本地也需要各种参数的显示，便于用户的调试。目前采用的方式多是RTU或者GPRS DTU为主，其中后者相对而言在成本上更低，在可用性方面也更好。
　　2.2、整厂节能的实现方式与灯光节能原理上比较类似，只不过增加了对功率因数的补偿和监控；同时整厂节能对于节能前与节能后的能耗比也需要有计录和比较，比方说在节能前，全厂耗电为13万度/月，节能后全厂的耗电为10万度/月，同时功率因数也比之前升高了，这些都需要有相关的记录和分析，同时数据要能得到用户的认同。
　　2.3、变频节能，原理上是根据对电机转速的调整来达到节能的效果，如注塑机节能、空压机节能等。
　　针对灯光节能、整厂节能、变频节能的需求，德维森公司开发的C18DRMA-LD专用PLC把所有调压调速节能需要的功能都集成进来了。包括市电的电压、电流采集、调压节能器的控制、可选的多种远程通讯方式、实时时钟、本地的7段数码管显示和LCD显示可选、本地的轻触按键和PVC按键可选。同时C18DRMA-LD还保留了PLC原有的所有特性，包括超强的抗干扰能力、梯形图可编程能力、各种标准的通信和IO接口、带掉电保持的RAM区等。

　　如上图所示PLC根据采集到的市电电压和不同的节能策略调节节能调压器的输出，同时可以通过GPRS的DTU上网，将现场的数据传给远方的上网的电脑，远方的监控电脑就可以对现场的策略进行控制和调整。
3、C18DRMA-LD的特点：
3.1市电采集
　　大多数PLC的CPU模块本身带模拟量的相当少，而路灯节能需要的模拟量数量相当多，如果是中的节能控制通常需要7路模拟量，这造成了成本的上升。
C18DRMA-LD多可以采集7路模拟量信号，这样就可以满足大多数用户的需要，通常的节能控制器只需要2路模拟量信号，一路市电电压和一路电流信号，而在整厂节能和大型的路灯节能器需要采集3路电压和1路或者4路电流信号，这样C18DRMA-LD都可以轻松应付。
7模拟量输入信号的类型包括：±10V、±20mA、热电阻等
3.2功率因数计算
　　对于整厂节能，功率因数的测量是必不可少的，目前还没有那一家的PLC支持功率因数的换算，如果用单片机开发则会面临周期太长和精度太低的问题。
C18DRMA-LD的模拟量输入可以支持交流信号输入，同时AD转换速率更高达300K，可以轻松的满足市电50HZ的功率因数计算，能同时计算三相市电的功率因数，并将数据上传供用户分析。
3.3实时时钟
　　大多数的节能厂商都采用独立的实时时钟控制器，这造成了成本的上升和可靠性的下降。
C18DRMA-LD内带实时时钟，包括年、月、日、时、分、秒、周，用户可以很方便的利用实时时钟开发出各种不同的策略。
3.4支持双通信口，支持各种标准的通讯协议
　　目前的节能控制对于通信和监控的要求越来越高，大多数的路灯节能要求可以在远方进行控制和调整控制参数，同时相当多的用户还需要能在现场接屏进行监控，因为各家RTU与屏的通信协议不同，造成节能厂商的开发难度大大增加。
　　C18DRMA-LD带有RS232和RS485两个通信口，两个口都支持MODBUS从协议，RS485更是支持MODBUS主协议和FREE协议，用户可以很方便的利用这两个通信口与各种不同通信装置进行通信，比方说GSM、GPRS DTU、MODEM，另外还可以与各种显示屏、监控软件、组态软件进行通信。后这两个通信口还能对各种第三方的表计或者变频器进行监控，从而达到整合的目的。
3.5支持多机联网
　　路灯节能控制器因为单控制器的控制量有限，需要多台控制器联网进行监控。
　　多台C18DRMA-LD可通过RS485联网，交换数据，并可共用同一台GPRS与远端服务器通讯。
3.6本身带人机接口
　　C18DRMA-LD带多种7段数码管显示或者LCD液晶屏显示，用户可以在PLC内编程设置显示的内容。同时带键盘接口，多支持4*4的键盘矩阵，可以选用PVC薄膜按键或都轻触按键等。
3.7兼容标准V80 PLC的所有软件和功能
　　大多数节能控制器都不支持可编程，造成无法做到升级和现场维护。
　　C18DRMA-LD支持梯形图编程，支持掉电保持功能，支持在线编程功能，支持远程监控功能等，总之所有PLC有的功能C18DRMA-LD都有，C18DRMA-LD是在标准的PLC平台上开发的。
3.8可靠性和电磁兼容能力强
　　节能控制器控制的是强干扰的大感性负载，如何提升系统的抗干扰能力成为了系统设计者伤脑筋的问题。
　　而PLC与其它用单片机开发的控制板之间的区别在于PLC是一个通用的工控平台，不光是在是软件、通信、接口方面是标准的，其电磁兼容、环境测试也都是按标准做的，V80的全系列产品均通过了CE认证，可以从各方面满足客户的需要。
3.9宽温工作范围
　　针对北方用户室外使用的需要，C18DRMA-LD可以在-40~60℃的宽温范围内进行工作，并保证性能与可靠性。
4、总结：
　　德维森作为国内有实力的中、小型PLC供应商，顺应市场的需求开发的C18DRMA-LD是一款节能专用PLC，德维森可以为用户提供包括周边设备在内的一整套电气解决方案，已有多家大型的节能设备厂商选用德维森的C18DRMA-LD，大家对C18DRMA-LD的可靠性、专用性和灵活性都赞不绝口。

1 引言
在工业生产中，常需要用闭环控制方式来实现温度、压力、流量等连续变化的模拟量控制。无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用计算机(包括PLC)的数字控制系统，PID控制都得到了广泛的应用。
PID控制器是比例－积分－微分控制的简称，具有
(1) 不需要jingque的控制系统数学模型;
(2) 有较强的灵活性和适应性;
(3) 结构典型、程序设计简单，工程上易于实现，参数调整方便等优点。积分控制可以消除系统的静差，微分控制可以改善系统的动态相应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求。
2 PLC实现PID的控制方式
2.1 PID过程控制模块
这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户使用时序要设置一些参数，使用起来非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。
2.2 PID功能指令
现在很多PLC都有供PID控制用的功能指令，如S7-200的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序，与模拟量输入/输出模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果。
2.3 用自编的程序实现PID闭环控制
有的PLC没有PID过程控制模块和PID控制用的功能指令，有时虽然可以使用PID控制指令，但是希望采用某种改进的PID控制算法。在上述情况下都需要用户自己编制PID控制程序。
3 PLC-PID控制器的实现
本文以西门子S7-200PLC为例，说明PID控制的原理及PLC的PID功能指令的使用及控制功能的实现。
3.1 PID控制器的数字化
PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。
在连续系统中，典型的PID闭环控制系统如图1所示。图1中sp(t)是给定值，pv(t)是反馈量，c(t)是系统的输出量，PID控制的输入输出关系式为:

式中:
M(t)—控制器的输出量，M0为输出的初始值;
e(t)=sp(t)-pv(t)－误差信号;
KC比例系数;
TI－积分时间常数;
TD－微分时间常数。

图1 连续闭环控制系统方框图

式(1)的右边前3项分别是比例、积分、微分部分，它们分别与误差，误差的积分和微分成正比。如果取其中的一项或两项，可以组成P、PD或PI控制器。
假设采样周期为TS，系统开始运行的时刻为t＝0，用矩形积分来近似jingque积分，用差分近似jingque微分，将公式1离散化，第n次采样时控制器的输出为:  (2)

式中:
en-1－第n-1次采样时的误差值;
KI－积分系数;
KD－微分系数。
基于PLC的闭环控制系统如图2所示。图中的虚线部分在PLC内。其中spn、pvn、en、Mn分别为模拟量在sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)在第n次采样时的数字量。

图2 PLC闭环控制系统方框图

在许多控制系统内，可能只需要P、I、D中的一种或两种控制类型。如可能只要求比例控制或比例与积分控制，通过设置参数可对回路进行控制类型进行选择。
3.2 输入输出变量的转换
PID控制有两个输入量:给定值(sp)和过程变量(pv)。多数工艺要求给定值是固定的值，如加热炉温度的给定值。过程变量是经A/D转换和计算后得到的被控量的实测值，如加热炉温度的测量值。给定值与过程变量都是与被控对象有关的值，对于不同的系统，它们的大小、范围与工程单位有很大的区别。应用PLC的PID指令对这些量进行运算之前，必须将其转换成标准化的浮点数(实数)。
同样，对于PID指令的输出，在将其送给D/A转化器之前，也需进行转换。
3.3 回路输入的转换
转换的步是将给定值或A/D转换后得到的整数值由16位整数转换成浮点数，可用下面的程序实现这种转换:
XORD AC0, ACO
//清除累加器
MOVW AIWO, AC0
//将待转化的模拟量存入累加器
LDW＞＝ AC0, 0
//如果模拟量数值为正
JMP 0
//直接转换成实数
ORD 16#FFFF0000, ACO
//将AC0内的数值进行符号扩展，扩展为32位负数
LBL 0
DTR AC0, AC0
//将32位整数转换成实数
转换的下一步是将实数进一步转换成0.0~1.0之间的标准化实数，可用下面的式(3)对给定值及过程变量进行标准化:
RNorm=(RRaw/Span)+Offset (3)
式中:
RNorm－标准化实数值;
RRaw－标准化前的值;
Offset－偏移量，对单极性变量为0.0，对双极性变量为0.5;
Span－取值范围，等于变量的大值减去小值，单极性变量的典型值为32000，双极性变量的典型值为64000。
下面的程序将上述转换后得到的AC0中的双极性实数(其Span=64000)转换成0.0~1.0之间的实数:
/R 64000.0， AC0
//累加器中的实数标准化
＋R 0.5， AC0
//加上偏移值，使其在0.0~1.0之间
MOVR ACO， VD100
//加标准化后的值存入回路表内
3.4 回路输出的转换
回路输出即PID控制器输出，它是标准化的0.0~1.0之间的实数。将回路输出送给D/A转换器之前，必须转换成16位二进制整数。这一过程是将pv与sp转换成标准化数值的逆过程。用下面的公式将回路输出转换成实数:
RScal=(Mn－Offset)×Span (4)
式中，RScal是回路输出对应的实数值，Mn是回路输出标准化的实数值。
下面的程序用来将回路输出转换为对应的实数:
MOVR VD108, AC0
//将回路输出送入累加器
-R 0.5, AC0
//仅双极性数才有此语句
*R 64000.0, AC0
//单极性变量乘以32000.0
用下面的指令将代表回路输出的实数转换成16位整数:
ROUND AC0, AC0
//将实数转换为32位整数
MOVW AC0, AQW0
//将16位整数写入模拟输出(D/A)寄存器
3.5 PID指令及回路表
S7-200的PID指令如图3所示:

图3 PID指令

指令中TBL是回路表的起始地址，LOOP是回路的编号。编译时如果指令指定的回路表起始地址或回路号超出范围，CPU将生成编译错误(范围错误)仪器编译失败。PID指令对回路表中的某些输入值不进行范围检查，应保证过程变量、给定值等不超限。回路表参见附表。

附表 PID指令的回路表

如果PID指令中的算术运算发生错误，特殊存储器SMI.1(溢出或非法数值)被置1，并将终止PID指令的执行。要想消除错误，在下次执行PID运算之前，应改变引起运算错误的输入值，而不是更新输出值。
4 PID指令编程举例
某一水箱里的水以变化速度流出，一台变频器驱动的水泵给水箱打水，以保持水箱的水位维持在满水位的75％。过程变量由浮在水面上的水位测量仪提供，PID控制器的输出值作为变频器的速度给定值。过程变量与回路输出均为单极性模拟量，取值范围为0.0~1.0。
本例采用PI控制器，给定值为0.75，选取控制器参数的初始值为:KC＝0.25，TS＝0.1s，TI＝30min。编程如下:
//主程序(OBI)
LD SM0.1 //扫描时
CALL 0 //调用初始化子程序
//子程序
LD SM0.0
MOVR 0.75, VD104 //装入给定值75％
MOVR 0.25, VD112 //装入回路增益0.25
MOVR 0.10, VD116 //装入采样时间0.1s
MOVR 30.0 VD120 //装入积分时间30min
MOVR 0.0, VD124 //关闭微分作用
MOVB 100, SMB34
//设置定时中断0的时间间隔为100ms
ATCH 0, 10
//设定定时中断以执行PID指令
ENI
//允许中断，子程序0结束
//中断程序0
LD SM0.0
LTD AIW0, AC0
//单极性模拟量经A/D转换后存入累加器
DTR AC0, AC0
//32位整数转换为实数
/R 32000.0, AC0
//标准化累加器中的实数
MOVR AC0, VD100 //存入回路表
LD 10.0
//在自动方式下，执行PID指令
PID VB100, 0
//回路表的起始地址为VB100，回路号为0
LD SM0.0
MOVB VD108, AC0
//PID控制器的输出值送入累加器
*R 32000.0 AC0
//将累加器中的数值标准化
ROUND AC0, AC0
//实数转换为32位整数
DTI AC0, AQW0
//将16位整数写入到模拟量输出(D/A)寄存器
5 结束语
PLC实现PID控制的方法多种，直接应用PID指令来实现基于PLC的PID控制，是一种易于实现且经济实用的方法。