第二章 基础理论知识
2.1.6 PLC在控制系统中编程的步骤
(1) 仔细阅读产品说明书[7]
第一步看起来很简单，因此会被很多设备工程师认为是浪费时间而忽略。仔细阅读说明书，首先要阅读安全守则，知道哪些机构可能会对人造成伤害，哪些机构最容易发生撞击，当发生危险时如何解决。这是很重要的一步。
(2) 编程软件中进行硬件配置，找出I/O点。
在编程前，首先要找到需要控制的I/O点，对其进行具体分析，编程根据实际PLC的类型建立硬件配置以及相应的通讯配置，将I/O地址进行分配。
(3) 编写程序流程图
在进行PLC软件编程之前，一定要先写出程序的流程图。一个完整的程序，应该包括主程序、停止程序、急停程序、复位程序等部分，如果软件允许，应该将各个程序按“块”的形式编写，即一个程序是一个块，最终将每个块按需求来调用即可。
(4) 软件中编写程序
确保流程没有问题后，便可以在软件中编写程序了。编写程序时按照程序流程图来编写。
(5) 调试程序
一般调试程序，可以分成两个方面：
a、如果条件允许，可以先用软件的仿真功能做测试。 b、传到PLC中进行在线的调试。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。此外，PLC可靠性高、功能强大，他的高可靠性的设计非常适合在工业现场环境下应用。由此可看出，PLC在工业控制中已经起到了非常重要的作用。
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第二章 基础理论知识
2.2 过程控制系统简介
2.2.1 过程控制系统的发展
随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功
能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。
在现代工业控制中，过程控制技术是一历史较为久远的分支。在本世纪30年代就已有应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段,它们是:分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中,过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。
目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化[8]。
工业生产过程控制是现代工业自动化的一个重要领域。它是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表等知识相结合的一门综合性应用学科，理论性、综合性和实践性都很强。
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2.2.2 简单控制系统
简单控制系统指的是单输入-单输出的线性控制系统，是控制系统的基本形式。其特点是结构简单，而且具有相当广泛的适应性。在计算机控制已占主流的今天，即使在高水平的自动控制设计中，简单控制系统仍占控制回路的绝大多数。力求简单、可靠、经济与保证控制效果是控制系统设计的基本准则。
简单控制系统由检测变送单元、控制器、执行器和被控对象组成。检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定值信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差进行运算，运算结果输出到执行器。执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于控制操作变量变化。被控对象是需要控制的设备。
设定值 控制器 － 测量变送 执行器 被控对象 被控变量 图2.1 单回路控制系统方框图
2.2.3 复杂控制系统
随着生产的发展、工艺的革新必然导致对操作条件的要求更加严格，变量间的相关关系更加复杂，为适应生产发展的需要，产生了复杂控制系统。在特定条件下，采用复杂控制系统对提高控制品质，扩大自动化应用范围起着关键性作用。在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节、控制环节或者其他环节的控制系统称为复杂控制系统。
常用的复杂控制系统有串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择控制系统、前馈控制系统等等。
以下介绍前馈控制系统、串级控制系统、比值控制系统，具体介绍如下所示[9]。
(1) 前馈控制系统
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前馈控制的基本原理就是测量进入过程的干扰量（包括外界干扰和设定值变化），并根据干扰的测量产生合适的控制作用来改变控制量，使被控变量维持在设定值上。它是当扰动产生以后，被控变量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。主要是针对易测的干扰，目的是在干扰还未影响被控变量之前就把干扰消灭。
F(S) Gpd(s)Y(S) Gff(s)Gpcs ) (
图2.2 前馈控制系统方框图
其中，Gpd是干扰对被控变量的传递函数； （s）是操作变量对被控变量的传递函数； Gpc（s）是前馈控制器的传递函数。 G（ffs） G（﹦﹣Gpd／Gpc （s）（s）ffs）前馈控制系统的主要特点有：
a、前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效；b、前馈控制是属于“开环”控制系统；c、前馈控制使用的是“专用”控制器，又称前馈补偿装置；d、一种前馈作用只能克服一种干扰。
前馈控制主要用于下列场合：
a、干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时；b、 主要干扰是可测不可控的变量；c、对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈-反控制系统，以提高控制质量。
(2) 串级控制系统
采用不只一个控制器，且控制器间相互串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统，称为串级控制系统。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数）；后一个调节器称为副调节器，
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它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
串级控制系统的工作过程：
当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，分情况进行分析：a、扰动作用于副回路；b、扰动作用于主回路；c、扰动同时作用于副回路和主回路。分析可以看到，在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
SP Y － GC1(S)GC2(S) GV(S) GP2(S) GP1(S)－ GM2(S) GM1(S) 图2.3串级控制系统方框图
串级控制系统的工业应用：
a、用于克服被控过程较大的容量滞后；b、用于克服被控过程的纯滞后；c、用于抑制变化剧烈幅度大的扰动；d、用于克服被控过程的非线性。
串级控制系统特点：
a、从在系统结构来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有主、副两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。b、在串级控制中有主、副两个变量。c、串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象特性，使控制过程加快，提高控制质量。d、串级控制系统由于增加了副回路，因此具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。
(3) 比值控制系统
在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物
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