西門子PLC在數(shù)字信號(hào)處理當(dāng)中的應(yīng)用探究

趙銀玲,李治國(guó)（.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，西安,7003；.中航工業(yè)西安飛行自動(dòng)控制研究所，陜西西安,70065）

西門子PLC在數(shù)字信號(hào)處理當(dāng)中的應(yīng)用探究

趙銀玲1,李治國(guó)2
（1.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，西安,710032；2.中航工業(yè)西安飛行自動(dòng)控制研究所，陜西西安,710065）

文章介紹了西門子S7-300PLC的硬件組成，研究了其在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，從實(shí)際應(yīng)用來看，控制的效果是令人滿意的。

工業(yè)控制系統(tǒng);DCS;PLC

0 引言

可編程序控制器PLC是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器。具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集分析及處理。因其具有編程簡(jiǎn)單、使用方便，功能完善且對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、造紙、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)。

1 PLC概述

1.1 S7-300 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

S7-300PLC功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活、它具有緊湊的、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。他的主要組成部分有導(dǎo)軌（Rack）、電源模塊（PS）、CPU模塊、接口模塊（IM）、信號(hào)模塊（SM）和功能模塊（FM）。可通過MPI網(wǎng)的接口（5611卡）直接與編程器PG，操作員面板OP和其它S7PLC相連。其工作過程為：CPU首先掃描輸入模塊狀態(tài)，并更新輸入過程映像寄存器，然后執(zhí)行用戶程序，最后從輸出過程映像寄存器中將值輸出到輸出模塊，以此循環(huán)。

1.2 S7-300 PLC工作原理

循環(huán)掃描工作過程：與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，PLC的CPU采用分時(shí)操作原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，隨著時(shí)間的延伸一個(gè)動(dòng)作接一個(gè)動(dòng)作順序地進(jìn)行掃描。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序轉(zhuǎn)來，然后返回到第一條指令開始新一輪掃描。掃描周期一般為1－100ms。

1.3 S7-300 PLC程序結(jié)構(gòu)

STEP 7 有三種編程方法可供選用，它們是線性編程、分部式編程和結(jié)構(gòu)化編程。線性編程將整個(gè)用戶程序?qū)懺谝粋€(gè)指令連續(xù)的塊中，處理器線性地或順序地掃描程序的每條指令。該方法適用于比較簡(jiǎn)單的控制任務(wù)。分部式編程將用戶程序分成相對(duì)獨(dú)立的指令塊，每個(gè)塊包含給定的部件組或作業(yè)組的控制邏輯。

2 S7-300 PLC在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

2.1 模擬量信號(hào)的采樣

在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，被控變量往往分布在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)地方，因而計(jì)算機(jī)的工作環(huán)境惡劣，遭受干擾頻繁。這些干擾將會(huì)影響控制系統(tǒng)的測(cè)控精度，因此必須將其濾除，以下以對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采樣并進(jìn)行平滑處理的實(shí)例來具體說明S7-300PLC的具體應(yīng)用。該實(shí)例從兩方面入手，先是采樣現(xiàn)場(chǎng)受干擾的信號(hào)，然后通過在程序中設(shè)置對(duì)其進(jìn)行平滑處理。

一些S7-300 PLC的控制系統(tǒng)中，使用八通道模擬量模塊采集信號(hào)，當(dāng)模塊數(shù)量較多時(shí)，讀模擬輸入量就很繁瑣。但是我們可以通過軟件設(shè)計(jì)，方便地把模擬量讀回并順序存入數(shù)據(jù)塊中。我們可以定義：FC1——采樣子程序。

表1 FC1的變量聲明表如下：

(1) FC1的變量聲明表如下：

(2) S7-300 PLC的語句表（STL）編寫的采樣程序如下：

L #DB_No //傳送數(shù)據(jù)塊塊號(hào)

T LW 0 //保存數(shù)據(jù)塊塊號(hào)

OPN DB [LW 0] //打開存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊

L #PIW_Addr //模入模塊通道起始地址

SLD 3 //左移三位形成地址指針

T LD 4 //保存地址指針

L #DBW_Addr //存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊中的起始地址

SLD 3 //左移三位形成地址指針

T LD 8 //保存地址指針

L #DB_LEN //要讀入的通道數(shù)作為循環(huán)次數(shù)

Next: T LW 0 //保存通道數(shù)

L LD 4 //將地址指針?biāo)腿肜奂悠?/p>

LAR1 //將地址指針?biāo)腿階R1

L PIW [AR1, P#0.0] //地址指針加上偏移量

T LW 12

L LD 8

LAR1

L LW 12

T DBW [AR1, P#0.0]

L LD 4

+ L#16

T LD 4

L LD 8

+ L#16

T LD 8

L LW 0

LOOP Next

在調(diào)用這個(gè)程序時(shí)還要注意以下幾個(gè)問題：(1)讀模擬量輸入模塊數(shù)據(jù)通道是否從數(shù)據(jù)字的第零位開始；(2)過程量的最大測(cè)量范圍；(3)數(shù)字量的有效值范圍。

2.2 PLC對(duì)信號(hào)的平滑處理

慣性濾波法的數(shù)字表達(dá)式為: Y (k)=a*x (k)+(1-a)*y (k-1) 式中，a為濾波系數(shù)，且0

FC2的變量聲明表如下：

(2)下面是以西門子S7300 PLC的語句表（STL）編寫的慣性濾波子程序。

L 1.000000e+000

L #a //a為慣性濾波系數(shù)

-R

T LD 16

L #DB1_No

T LW 22

OPN DB [LW 22] //打開存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊

L LD 0

LAR1

L DBW [AR1, P#0.0]

L LD 16

*R

T LD 24

L #DB2_No

T LW 28

OPN DB [LW 28] //打開存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊

L LD 4

LAR1

L DBW [AR1, P#0.0]

L #a

*R

L LD 24

+R

T LW 30

L #DB_No

T LW 34

OPN DB [LW 34] //打開存放數(shù)據(jù)塊

L LD 8

LAR1

L LW 30

T DBW [AR1, P#0.0]

3 總結(jié)

以上程序已成功應(yīng)用于實(shí)際的DCS控制系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控軟件用西門子WinCC，下位機(jī)控制用西門子PLC-S7300。在實(shí)際應(yīng)用中，先利用上述所給模擬量信號(hào)的采樣和濾波程序獲得有效的采樣值，然后將它們用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的過程量如壓力、液位、流量等模擬量信號(hào)進(jìn)行控制，從實(shí)際應(yīng)用情況來看，控制的效果是令人滿意的。

[1] 田瑞庭.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

趙銀玲， 1982年12月出生，女，碩士研究生，助教，研究方向控制理論與控制控制工程

Application and research Of PLC in Digital signal processing

Zhao Yinling1,Li Zhiguo2(
1.Xi'an Vocational and Technical College Department of mechanical and electrical engineering,Xi'an,
710032;
2.AVIC Xi'an Flight Automatic Control Research Institute,Shaanxi Xi'an,710065)

This paper discussed the hardware composition of Siemens PLC，researched of application in DCS Control system。And the control effect is perfect through the practical application

Industrial control systems;digital contral system;Programmable Logic Controller