功率损耗 +5V DC(从I/O总线) 从L+ L+电压范围 第2级或DC传感器供电 LED 指示器 20mA 60mA 20.4 ～28.8 24V DC 状态 亮=无故障 灭=无24V DC 电源 20mA 70mA (带2路输出20mA) 20.4 ～28.8 24V DC 状态 亮=无故障 灭=无24V DC 电源 30mA 60mA (带输出20mA) 20.4 ～28.8 24V DC 状态 亮=无故障 灭=无24V DC 电源 2.4 西门子S7-200系列PLC的通讯
通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。
内部集成的PPI 接口为 SIMATIC S7-200 的用户提供了强大的通讯功能。PPI 接口物理特性为RS485，可在三种方式下工作： 一、PPI 方式
PPI 通讯协议是西门子专为 S7-200 系列PLC 开发的一个通讯协议。可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。S7-200 系列CPU 上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。利用PPI通讯协议进行通讯非常简单方便，只用NETR 和NETW 两条语句即可进行数据信号的传递，不需额外再配置模块或软件。PPI通讯网络是一个令牌传递网，在不加中继器的情况下，最多可以由31个S7-200 系列PLC，TD200，OP/TP 面板或上位机为站点，构成PPI网。
使用PPI协议编程电缆：STEP 7-Micro/WIN 编程软件通过支持PPI协议的编程电缆和PLC进行通讯、上传、下载程序，是最简单、最为经济的通讯方式。主要有三种方式：
(1) PC/PPI编程电缆：一台PLC和PC直接连接。PC端接口：RS232串口。 (2) RS-232/PPI多主站编程电缆：多台PLC和PC直接连接，PC端接口：RS232串口。 (3) USB/PPI多主站编程电缆：多台PLC和PC直接连接，PC端接口：USB。 二、MPI 方式
S7-200 可以通过内置接口连接到MPI网络上，其波特率为 19.2kbit/s 和187.5kbit/s 。它可与S7-300/S7-400CPU进行通讯。S7-200CPU在MPI网络中作为从站，它们彼此间不能通讯。 三、自由通讯口方式
自由通讯口方式是S7-200PLC的一个很有特色的功能。它使S7-200 PLC可以与任
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何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即S7-200 PLC 可以由用户自己定义通讯协议(例如：ASCII 协议)。波特率最高为 38.4kbit/s 。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。
任何具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器，变频器，调制解调器(Modem)，上位PC机等。
S7-200 系列微型PLC，用于两个CPU 间简单的数据交换。用户可通过编程来编制通讯协议，用来交换数据(例如：ASCII 码字符)，具有RS232 接口的设备也可用PC/PPI 电缆连接起来进行自由通讯方式通讯。 四、PROFIBUS-DP 网络
在S7-200 系列的CPU中，CPU 222，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226，都可以通过增加EM 277 PROFIBUS-DP 扩展模块的方法支持 Profibus-DP 网络协议。最高传输速率可达12Mbit/s 。
第三章 S7-200型PLC用于模拟量控制系统
3.1 模拟量控制系统
3.1.1 关于模拟量控制系统
模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。开环控制是根据控制的设定值直接向控制对象输出控制信号，这种控制容易受外界干扰而偏离控制目标。对于控制要求比较高的场合，一般都采用闭环控制方式。闭环控制是使用控制的设定值与反馈值的差进行控制的，以求得设定值与反馈值的偏差最小。因而闭环控制也叫偏差控制。闭环控制根据期设定值的不同，又可以分为调节系统和随动系统两种。调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出，控制器的作用就是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被控对象给出的，控制器的作用就是使控制目标不断向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。
模拟量控制系统设计中，应该注意干扰问题。解决干扰问题的办法有4个。其一是接地问题，这里包括PLC接地瑞的接地，要真接地不要假接地，这里所说的接地就是接大地。其二是模拟信号线的屏蔽问题。屏蔽线的始端和终端都要接地，信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施。其三是对某些高频信号要解决匹配问题。如果不匹配，很容易在信号传送中引起干扰，使信息失真。其四是对信号进行滤波。
模拟量信号如电压值、电流值等，常常会因为现场瞬时干扰而产生较大波动，产
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生误差。采用滤波可以有效地减小误差。这里所说的滤波，包括硬件滤波和软件 滤波。软件滤波主要是数字滤波。数字滤波的方法比较多，如常用的平均执法、中值法等等。S7-200系列PLC在系统设计中可以利用STEP7-Micro/MIN32软件对模拟量输入信增加滤波功能。如果需要数字滤波，可以设置滤波选项。 3.1.2 关于砌块养护自动控制系统
砌块在生产过程中最后一道工序是养护。目前养护的方法有两种。一种是传统的自然养护；自然养护只需要一个可供养护的露天场地，靠阳光加温。这种养护方法 投资少，养护成本低。缺点是养护周期太长，受环境温度影响大，对产品质量要求较高时，无法保证高质量与短生产周期。尤其在我国北方地区的冬季，温度低，阳光少，风沙大，天气条件恶劣，不适用这种养护方法。但是在一些规模较小的砌块加工场所还经常用到这种养护方法。另一种养护方法就是在养护窑中进行养护。用户可以根据砌块的工艺要求指定养护规则，由手动或自动方法控制养护程序的进行。养护窑养护过程是严格按照砌块的工艺要求实施控制的。它能保证产品质量，保证生产进度，不受天气影响。
系统自动控制养护方式，可以借助于PID算法、脉宽调制控制法及模糊控制算法和一些优化控制算法，是养护窑的养护温度被严格地控制在养护系统规则要求的范围之内。
3.2 比例微积分控制技术应用
3.2.1 PID控制技术的特点
在实际工程中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当只有比例控制时系统输出存在稳态误差。
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称
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有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项也会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件或有滞后组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
在调节系统中，其过程控制方式就是将被测量，由传感器变换成统一的标准信号送入调节器，在调节器中，与给定值进行比较，然后把比较出的差值进行PID运算。所谓PID运算就是比例、积分、微分运算。P调节就是调节器的输出和输入成比例。调比例带，也就是调比例系数，比例带就是输出与输入之比的倒数。I调节就是输出是输入量的积分，只要有偏差，调节器就会不断积分，使输送到执行器的信号变化，校正被控量，直到达到无偏差为止，所以有了积分调节器就会消除稳态偏差。D调节就是微分调节，也就是输出对输入的微分。微分调节的优点在于它的超前性，当输入发生变化时，马上就有微分信号产生，使被控量得以提前校正，然后再由P、I进行校正，这样可以使整个调节的过渡过程时间缩短，有利于调节质量的提高。 3.2.2 窑温的PID控制系统
该控制系统核心采用西门子PLC的CPU224，提供数字量输入点数14点，数字量输出点数10点，完全满足系统的数字量和开关量输入输出点数的要求。CPU224本身不具备模拟量输入和输出单元，本系统扩展一片模拟量输入模块EM231，提供4路模拟量输入、4路热电偶输入和两路热电阻输入。扩展一片模拟量输出模块EM232，提供2路模拟量输出。
每个养护窑的进气电磁阀（开关量输出）由一个进气电动阀（模拟量输出）代替，用调整开口角度的大小来控制进气量，从而控制窑温，其他条件不变。
一个养护窑需要3个开关量输入，2个开关量输出，1个模拟量输入和1个模拟量输出。整个控制系统需要开关量输入8点，开关量输入6点，模拟量输入2点，模拟量输出2点，设计控制系统。
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1. 硬件选择
模拟量输入部分，由热敏电阻R1，R2（PT100）和温度变送器（电流输入型）构成。热敏电阻是将部分金属的氧化物压在陶瓷体内构成的。热敏电阻具有较大的负电阻温度系数，当有微小的温度变化时，会引起热敏电阻较大的电阻值变化。PT100型热敏电阻的测量精度很高，但热响应慢，耐振动和耐冲击性差，不适合测量高温区；温度变送器是一种超小型、性能优良、高精度的新型测温仪表。它具有体积小、重量轻、使用安装方便的特点。可直接安装在一般工业热电阻、热电偶的接线盒内，与现场传感元件构成一体化结构。实时检测窑温传送给PLC进行处理。模拟量输出部分由硅调压器和交流负载构成。PLC部分由CPU224（14点开关量输入/10点开关量输出，提供扩展单元DC5V电流能力为1000mA）主机、EM231模拟量输入模块（4路模拟量输入，消耗DC5V电流为10mA）1块、EM232模拟量输出模块（2路模拟量输出，消耗DC5V电流为10mA）1块，组成硬件系统。如图 3.1所示。
图 3.1 硬件原理图
所选系统中，CPU224能够满足所带扩展单元全部DC5V电流的要求，且所带的扩展模块不大于7个，这表明硬件配置合理。整个系统具有开关量输入14点，开关量输出10点，模拟量输入4点，模拟量输出2点。这表明硬件系统满足全部工艺要求。
由于CPU224提供PID回路指令，包括比例、积分、微分循环，进行PID计算。PID回路的操作取决于存储在36字节回路表内的九个参数。PID控制回路具有两个输入变量。本系统的两个输入变量即为窑温的当前值PV和设定值SP，这两个多成变量在应用于PID指令之前，必须转换为标准化的浮点数表示形式。转换的第一步是实际值从16位整数数值转换为浮点数数值，第二步是将转换后的浮点数转换成位于0.0~1.0之间的标准化数值。回路的输出是标准化的、位于0.0~1.0之间的实数数值。在回路输出可用于驱动模拟量输出之前，回路输出必须被转换为16位成比例的整数
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