模块七_PLC模拟量及PID控制
模块七PLC模拟量及PID控制课件
模拟量信号特点
连续变化，取值范围广泛，易受干扰影响。
PLC模拟量模块介绍
模拟量输入模块
将模拟量信号转换为数字信号，便于 PLC处理。
模拟量输出模块
将PLC输出的数字信号转换为模拟量 信号，控制外部设备。
模拟量输入电路原理与实践
电路原理
通过电阻、电容等元件对模拟量信号进行滤波、放大等处理 ，以保证信号的稳定性和精度。
要点三
衰减曲线法
先将比例度设置为一个较大值，然后 逐步减小比例度，同时加大积分时间 常数，使系统响应出现衰减振荡；此 时的比例度和积分时间常数即为合适 的PID参数；最后加入微分调节，提 高系统响应速度。
03
PLC实现PID控制策略
PLC内置PID功能介绍与设置
PID算法原理
介绍比例、积分、微分三环节的作用及调节规律， 以及PID控制参数的整定方法。
实时监控数据显示和报警功能实现
实时监控数据显示
通过触摸屏界面实时显示PLC采集到的模拟量数据，如温度、压力 、流量等，方便用户随时掌握设备运行状态。
数据曲线绘制
根据实时数据绘制相应的曲线图，可以更加直观地了解设备运行趋 势和历史数据变化情况。
报警功能实现
设定报警阈值，当实时数据超过或低于阈值时，触摸屏界面上显示 报警信息，并触发声光报警装置，提醒用户及时处理。
PID控制故障
PID调节失效，导致系统失控。原因可能包括参 数设置不当、传感器故障等。
故障排查方法和步骤总结
01
观察故障现象
通过查看PLC指示灯、监控画面等 信息，了解故障的具体表现。
03
制定排查方案
针对可能的原因，制定详细的排 查方案，包括检查电源、通信线
PLC应用技术 第7章 模拟量控制
PLC应用技术（三菱机型）
淄博职业学院 电子电气工程学院
PLC应用技术（三菱机型）
第1章 可编程控制器认知 第2章 FX系统资源 第7章 模拟量控制 第3章 基本指令 第6章 状态法编程
3.模拟量采集（FROM指令）
3.模拟量采集（FROM指令）
由于工业环境干扰，采集到的模拟量如果不很稳定，甚至 明显错误，就需进行滤波。如果设置模块参数进行滤波效 果仍不理想，可考虑进行平均值滤波。 平均值滤波的基本思路是先把采集到的值，存储在某一存 储区域，然后进行排序，去掉不可信的一部分数值，其余 值求和取平均。 由于采集存储，求和取平均已在循环指令中说明，在次只 说明比较法排序，也就是两重循环在PLC中的应用。 如果采集到的模拟量存放在D50-D59中，共10个数据。
第8章 变频器控制 第4章 定时器计数器指令
第9章 工业网络控制 第5章 应用指令 第10章 上位机监控组态
第11章 三菱大中型PLC
第 7章
模拟量控制
3 1 2 3 4
7.1 模拟量采集 7.2 模拟量变换 7.3 模拟量输出 7.4 恒压供水
1.变送器选择
变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的 直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V和DC4~20mA。 变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具 有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入 阻抗很高，例如100K~10MΩ。如果变送器距离PLC较远， 通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在 模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1μA干扰电 流在10MΩ输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远 程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。
模拟量扩展模块与PID控制
±5V，±2.5V
电流
0～20mA
电压（单极性）
2.5mV（0～10V时）
电压（双极性）
2.5mV（±5V时）
电流
5μA（0～20mA时）
单极性，全量程范围
0～+32 000
双极性，全量程范围
−32 000 ～+32 000
电压输入
≥10MΩ
电流输入
250Ω
单极性
12位
双极性
11位，加1符号位
30V DC
（a）
（b） 图9-14 例题9.4仿真结果
9.4 模拟量混合模块EM235的使用
9.4.1 模拟量混合模块EM235
EM235外部接线如图9-15所示，上部有12个端子，每3个点为一组，共4 组，每组可作为1路模拟量的输入通道。下部电源右边的3个端子是1路模拟量 输出（电压或电流信号），V0端接电压负载，I0端接电流负载，M0端为公共 端。
模拟量输入模块的主要技术规范见表9-3。
表9-3 模拟量输入模块的主要技术规范
隔离（现场与逻辑电路间）
输入范围
输入分辨率
数据字格式
直流输入阻抗
精度 最大输入电压 最大输入电流 模数转换时间 模拟量输入阶跃响应 共模抑制 共模电压 24V DC电压范围
无
电压（单极性）
0～10V，0～5V
电压（双极性）
触摸屏的3个变量如图9-20所示。 触摸屏的输入控件VAR_003是16位的内存变量，用来存储输入的频率数值 ，其属性如图9-21所示。为防止误输入数据，应设置频率的上下限值，默认“最 小值”为0，“最大值”修改为50。
图9-19 触摸屏界面与关联数据
图9-20 触摸屏的使用变量
S7-200PLC PID和模拟量
S7-200PLC 模拟量处理&PID汇总该资料分为两部分，上半部分主要讲了模拟量模块的信号处理和接线方式。
下半部分主要讲了PID 参数功能汇总和注意事项，以及某些问题的解决方法。
可根据需要看自己需要的那部分资料。
模拟量模块接线和数据处理。
EM235 是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4 路模拟量输入和1 路模拟量输出功能。
模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX 和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。
对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辩率。
224XP自带2路模拟量输入和1路模拟量输出。
224XP模拟量部分的共6个端子，分别是模拟量输出的M、I、V和模拟量输入的M、A+、B+。
输出的M与电源的M等电位，V对M输出0-10VDC，I对M输出0-20mA。
但V、I只能使用其一，不能同时使用。
输入的A+对M，B+对M都是输入0-10VDC，两路模拟量输入共用1个M 端子；对应AIW0、AIW2的值是0-320000－－10V电压信号和4－－20mA电流信号举一例：如下图：模拟电压输入（电流输入、输出与电压接线相似）模拟电压输出224XP没有电流输入端子。
如果要输入电流0-20（或4-20）mA，要并联1个电阻，将电流输入转换成电输入。
/CPU 224XP分两种，一是：CPU 224XP DC/DC/DC ；二是：CPU 224XP AC/DC/继电器模拟量都是：2输入1输出。
模拟量输入类型：单端输入；电压范围：±10V ；数据字格式，满量程：- 32,000 至+ 32,000模拟量输入接线端子是：M, A+, B+解释如下：第一个模拟量输入：M与A+之间仅可以输入电压，不可输入电流，可以是正电压，也可以是负电压，两端之间电压不是20伏，可以是正10伏，也可以是负10伏。
第六章：PLC 在模拟量与PID控制在应用.
b4 O3
b3 G2b2 O2b1 G1b0 O1
知识点
特殊功能块的读写指令
采用FROM读特殊功能模块指令，将特殊功能块中的 数据读出； 用T0写功能特殊模块指令，将PLC内部的数据写入到 特殊功能块中。
在指令中m1的含义：接在PLC基本单元右边扩展总线 上的功能模块，从最靠基本单元的那个开始编号 （指令的m1），m1依次为0～7。 n的含义：待传送数据的字数，n=1～32（16位操 作），n=1～16（32位操作）。
PID控制是根据“动作方向”（[S3]+1） 的设定内容，进行正作用或反作用的PID 运算。PID运算公式如下：
以上公式中：△MV是本次和上一次采样时PID输 出量的差值，MVn是本次的PID输出量；EVn 和 EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV 为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、 PVnf-1和PVnf-2分别是本次、前一次和前两次滤 波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系数；Dn和 Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；K p 是比例增益，T S是采样周期，T I和T D分别是积 分时间和微分时间，αD是不完全微分的滤波时间 常数与微分时间TD的比值。
［S3］+ 21
［S3］+ 22 ［S3］+ 23 ［S3］+ 24
输入变化量（增方） 警报设定值
输入变化量（增方） 警报设定值 输入变化量（增方） 警报设定值 警报输出
0~32767
0~32767
0~32767 Bit0: 输入变化量 （增方）超出 Bit1: 输入变化量 （减方）超出 Bit2: 输出变化量 （增方）超出 Bit3: 输出变化量 （减方）超出
第六章
PLC在模拟量监测与PID控制中的 应用
PLC的模拟量控制
一、动作要求分析
该制冷系统使用两台压缩机组，系统 要求温度在低于12℃时不起动机组，在温度 高于12℃时两台机组顺序起动，温度降低到 12℃时停止其中一台机组。要求先起动的一 台停止，温度降到7.5℃时两台机组都停止， 温度低于5℃时，系统发出超低温报警。
二、硬件设计
在这个控制系统中，温度点的检测可以使用带 开关量输出的温度传感器来完成，但是有的系统的 温度检测点很多，或根据环境温度变化要经常调整 温度点，要用很多开关量温度传感器，占用较多的 输入点，安装布线不方便，把温度信号用温度传感 器转换成连续变化的模拟量，那么这个制冷机组的 控制系统就是一个模拟量控制系统。对于一个模拟 量控制系统，采用可编程控制器控制，控制性能可 以得到极大的改善。在这里可以选用FX2N-32MR 基本单元与FX2N-4AD-PT模拟量输入单元，就能 方便的实现控制要求。
中央空调温度控制I/O分配表
· 系统的输入信号： · 起动按钮 · 停止按钮 · 压力保护1 · 压力保护2 · 过载保护1 · 过载保护2 · 手动/自动转换 · 手动起动1 · 手动起动2
· 系统输出信号： · 1号和2号机组的控制 · 压力 · 过载 · 超低温报警
中央空调温度控制硬件连线图
复位到缺省设定值 缺 省 值 为 0
*#21
禁止调整偏移、增益值，缺省值为0（1为允许调整）
*#22
偏移、增益调整
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
b0
G4
O4
G3
O3
G2
O2
G1
O1
*#23
偏移量 缺省值为0
*#24
增益值 缺省值为5000
#25-28
第5章S71200PLC的PID工艺功能
5.3 PID_Compact指令——PID指令的输入变量
参数名称
数据 类型
说明
默认值
Setpoint
Real 自动模式的控制器设定值
0.0
Input
Real
作为实际值(即反馈值)来源的用户 程序的变量
0.0
Input_PER Word 作为实际值来源的模拟量输入 W#16#0
ManualEnable Bool
SetpointLimit_L Bool 1时设定值的绝对值达到或低于下限
InputWarning_H Bool 1时实际值达到或超过报警上限
默认值 0.0 0.0 W#16#0 FALSE FALSE FALSE FALSE
InputWarning_L Bool
State
Int
Error
DWord
5.1 模拟量闭环控制系统——变送器的选择
变送器分为电流输出型和电压输出型。 电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送 器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干 扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例 如1A干扰电流在10M输入阻抗上将产生10V的干扰电压信 号，所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。 电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较 小(例如250 )。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产 生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。
调用PID_Compact的时间间隔称为采样时间，为了保证精确的采 样时间，用固定的时间间隔执行PID指令，在循环中断OB中调用 PID_Compact指令。 建立循环组织块OB200，设置循环时间间隔为300ms。
5.3 PID_Compact指令——调用PID_Compact指令 1/2
基于PLC的模拟量闭环控制系统PID的实现
基于PLC的模拟量闭环控制系统PID的实现作者：张晓霞来源：《无线互联科技》2020年第06期摘 ; 要：文章对模拟闭环控制系统的原理、变送器的选择方法及闭环控制系统主要性能指标进行了描述，介绍了PID控制器的数字化过程及PID指令向导生成PID程序的步骤，通过S7-200 SMART PLC编程实现该控制过程，并进行了参数整定，达到了控制效果。
关键词：模拟量闭环控制系统;比例—积分—微分控制器;S7-200 SMART PLC在工业生产中，对于一些连续变化的模拟量通常采用闭环控制如温度、压力、流量等，最常用的是比例—积分—微分（Proportion Integral Derivative，PID）控制方式，程序设计简单，参数容易调整，即使没有控制系统的数学模型，也能满足控制效果;对控制对象可以采用P，PI，PD和PID方式，具有较强的灵活性和适应性[1]。
1 ; ;闭环控制与PID控制器1.1 ;模拟闭环控制系统模拟闭环控制系统中的虚线框部分可由PLC控制。
PV（t）是标准量程的直流电流或电压信号，由控制量c（t）经传感器和变送器转换而来;过程变量PVn是多位二进制数，其由AI模块中的A-D转换器将PV（t）转换得到。
给定量为SPn，则误差en=SPn-PVn。
PID控制器的数字量输出值Mn是通过AO模块的D-A转换器转换为模拟量M（t）的，然后通过M（t）去控制执行机构动作，进而控制被控对象模拟量闭环控制系统如图1所示。
1.2 ;闭环控制的工作原理闭环控制必须确保系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控。
在闭环负反馈控制当中，过程变量PVn可等于或跟踪给定值SPn的变化。
若以炉温度闭环控制系统为例，当实际值c（t）的温度低于给定的温度时，误差en为正，M（t）将增加，使执行机构电动调节阀门开度增大，进入炉内的气流量增加，提高了加热炉的温度，最终使实际温度靠近或等于设定值[2]。
1.3 ;变送器的选取变送器是将电信号或非电信号变为标准范围的电流或电压，然后将其发送到模拟输入系统，分为电压输出型和电流输出型。
如何使用S7-200plc的PID控制，这篇文章讲的很清楚！
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S7-200 CPU最多可以支持8 个PID 控制回路（8个PID 指令功能块）。
PID 是闭环控制系统的比例－积分－微分控制算法。
PID 控制器根据设定值（给定）与被控对象的实际值（反馈）的差值，按照PID 算法计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。
PID 控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。
根据具体项目的控制要求，在实际应用中有可能用到其中的一部分，比如常用的是PI（比例－积分）控制，这时没有微分控制部分。
1、PID 算法在S7-200 中的实现PID 控制最初在模拟量控制系统中实现，随着离散控制理论的发展，PID也在计算机化控制系统中实现。
计算机化的PID 控制算法有几个关键的参数：●Kc：Gain，增益●Ti：积分时间常数●Td：微分时间常数●Ts：采样时间在S7-200 中PID 功能是通过PID 指令功能块实现。
通过定时（按照采样时间）执行PID 功能块，按照PID 运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量。
PID 功能块通过一个PID 回路表交换数据，这个表是在V 数据存储区中的开辟，长度为36 字节。
因此每个PID 功能块在调用时需要指定两个要素：PID控制回路号，以及控制回路表的起始地址（以VB 表示）。
由于PID 可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此有一种通用的数据表示方法才能被PID 功能块识别。
S7-200中的PID 功能使用占调节范围的百分比的方法抽象地表示被控对象的数值大小。
在实际工程中，这个调节范围往往被认为与被控对象（反馈）的测量范围（量程）一致。
PID 功能块只接受0.0 - 1.0 之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID 功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。
第5章 西门子S7-200系列PLC模拟量,PID指令及应用
输入端子 工作电源
增益电位器 DIP开关
单极性模拟量 SW1 ON SW2 OFF ON SW3 ON OFF
满量程输入
分辨率
0～10V 0～5V 0～20mA
2.5mV 1.25mV 5μA 分辨率
双极性模拟量 SW1 OFF SW2 OFF ON SW3 ON OFF
满量程输入
±5V ±2.5V
M X 1.0 MPn MDn
当 M n 1 .0 时
当 M n 0 .0 时
M X ( MPn MDn )
、
第N次采样 时的比例项
第N次采样 时的微分项
为了实现平滑切换，系统会作下列调整：
SPn PV n
Mx Mn
//给定值=过程变量
PVn 1 PVn //过程变量前值=过程变量当前值
●从输入通 道 AIW0对 单极性模拟 量进行采样、 转换，并填 入回路参数 表程序。
标准化实数 16位有符号整数 ● 回路输出转化的步骤： 计算公式： R 浮点型 M n offset Span
控制对象不同，对特性要求不同，选择的 PID回路类型也不同。必须根据系统对动态品 质、稳态精度和调节速度的要求来合理选择P、 I、D回路中的一种或多种控制类型。
2.5mV 1.25mV
◆ 模拟量输出模块 EM232的特性
● 模拟量输出模块 EM232 的D/A 转换精度: 提供 12位的D/A转换器 。
（EM232）
输出端子 工作电源
※ 每个输出模块有二路输出（3个端子一组） ※ 可以输出±10V电压或0～20mA电流信号； ◎ 电压负载时：V0端接负载正极、 M0 接负 载负极。 ◎ 电流负载时：I0端接负载正极、 M0 接负 载负极。 ※ 模块需要直流24V工作电源。
第7章PLC在模拟量闭环控制中的应用
1 TI
t
e(t)dt TD
0
de(t dt
)
]
M
initial
2．PID控制器的数字化 上式中的积分对应于图7-7中误差曲线e(t)与坐标轴包围的面积（图中的灰 色部分）。一般用图7-7中的矩形面积之和来近似精确积分。 在误差曲线e(t)上作一条切线，该切线与 x 轴正方向的夹角 α 的正切值tgα 即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。
7.2.3 PID参数整定的实验
用作者编写的子程序“被控对象”来模拟PID闭环中的被控对象（见图715），被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节，其增益为GAIN，3个惯 性环节的时间常数分别为TIM1～TIM3。DISV是系统的扰动输入值。
主程序中T37和T38组成了方波振荡器，用 来提供周期为60s、幅值为20.0%和70.0%的方 波设定值。在主程序中调用PID向导生成的子 程序PID0_CTRL。CPU按PID向导中组态的采 样 周 期 调 用 PID 中 断 程 序 PID_EXE ， 在 PID_EXE中执行PID运算。PID_EXE占用了定 时中断0，模拟被控对象的中断程序INT_0使
用定时中断1。 设定值Setpoint_R是以百分数为单位的浮点
数。Auto_Manual（I0.0）为ON时为自动模式。
实际的PID控制程序不需要调用子程序“被控对象”，在主程序中只需要调 用子程序PID0_CTRL，其输入参数PV_I应为实际使用的AI模块的通道地址 （例如AIW0），其输出参数Output应为实际使用的AO模块的通道地址（例如 AQW0）。
6．变送器的选择 AI模块的电压输入端的输入阻抗很高，微小的干扰信号电流将在模块的输入 阻抗上产生很高的干扰电压。远程传送的模拟量电压信号的抗干扰能力很差。 电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC的AI模块的 输入为电流时，输入阻抗较低，例如250。干扰信号在模块的输入阻抗上产生 的干扰电压很低，模拟量电流信号适用于远程传送。
第七章 PLC在模拟量与PID闭环控制中的应用
第七章 PLC在模拟量检测与PID闭环控制中的应用 7.3 PLC的A/D和D/A模块介绍
FX-4AD模拟量输入模块
安徽工业职业技术学院
第七章 PLC在模拟量检测与PID闭环控制中的应用 7.3 PLC的A/D和D/A模块介绍
FX-2DA模拟量输出模块
安徽工业职业技术学院
安徽工业职业技术学院
第七章 PLC在模拟量检测与PID闭环控制中的应用 7.3 PLC的A/D和D/A模块介绍
FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有： FX2N-2AD（2路模拟量输入）
FX2N-4AD（4路模拟量输入）
FX2N-8AD（8路模拟量输入） FX2N-4AD-PT（4路热电阻直接输入） FX2N-4AD-TC（4路热电偶直接输入） FX2N-2DA（2路模拟量输出） FX2N-4DA（4路模拟量输出） FX2N-2LC（2路温度PID控制模块）等。
安徽工业职业技术学院
第七章 PLC在模拟量检测与PID闭环控制中的应用 7.4 PLC的PID功能介绍
FX2N的PID指令
安徽工业职业技术学院
第七章 PLC在模拟量检测与PID闭环控制中的应用 7.4 PLC的PID功能介绍
PID参数的整定 比例系数K p越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于 大多数系统，K p过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低 积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作用的动作缓慢， 可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T i增大时，积分作 用减弱，系统的动态性能（稳定性）可能有所改善，但是消除稳态误差的 速度减慢。 微分部分是根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。微分部分反 映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和 预测的特点。微分时间常数T d增大时，超调量减小，动态性能得到改善 ，但是抑制高频干扰的能力下降。 选取采样周期T s时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时 间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，T s越小越好。但是T s太小会增 加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不 宜将T s取得过小。
模块七_PLC模拟量及PID控制
MSB
15 0 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 2 0 1 0
LSB
0 0
11 位数据值 电流输出数据格式
MSB
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 电压输出数据格式 2 0 1 0
LSB
0 0
பைடு நூலகம்
12 位数据值
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
4．模拟量输入/输出举例 ．模拟量输入 输出举例
例2 从 模拟 量 输出 通 道AQWO 输出10V 电压， EM232的输出电压范围是-10V～10V，其数据范 围 为 -32000 ～ 32000 ， 相 应 的 数 据 值 -2000 ～ 2000。
1．模拟量输入 ．
（2）模拟量输入的配置
电流发送器 电压发送器 未用端子
开 关
固定端子块
配置开关 增益
增益
DIP设定开关
没有使用 24VDC电源和公共端
图7-1 EM231模拟量输入模块端子及DIP开关示意图
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
1．模拟量输入 ．
（2）模拟量输入的配置
电流发送器 电压发送器 未用端子
开 关
固定端子块
配置开关 增益
增益
DIP设定开关
没有使用 24VDC电源和公共端
图7-1 EM231模拟量输入模块端子及DIP开关示意图
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
1．模拟量输入 ．
（2）模拟量输入的配置
电流变送器 电压变送器 空闲端子
PLC的PID运算及运动控制
PLC的PID运算及运动控制PLC的工作流程1、系统初始化：一般小型PLC的系统初始化主要是进行初始化、设置、查找扩展模块等；2、扫描输入：扫描IO输入信号；3、执行逻辑：根据用户PLC程序执行逻辑；4、家务管理：PLC诊断、维护和其它系统程序执行；5、扫描输出：将逻辑执行的结果输出；6、通信管理单元：通信服务程序，响应编程软件和其它通信任务。
PLC运行方式：由上面可以看到PLC的运行是一种循环扫描的运行方式，实际上PLC还有定时扫描和中断扫描共三种扫描方式。
循环扫描：PLC按上图循环执行；定时扫描：PLC根据用户设置的时间定时扫描，比方说50ms扫描一次，使用这种扫描方式，用户需要保证用户程序在设定时间内一定能扫描完毕，一般PLC使用定时中断和子程序结合起来实现这个功能（这种情况下与中断扫描方式并无不同），但在IO扫描方面会有一些细微的不同，很可能会用到立即刷新IO的功能块UpData_IO。
中断扫描：中断扫描根据外部或者内部中断的激活中断扫描程序的运行。
比方说外部IO中断、高速计数中断、定时中断等。
十九、PID——温控、变频PID（Proportional, Integral and Derivative）是闭环控制中最常用的一种算法，在包括温控、水泵、张力、伺服阀、运控等行业得到了广泛的应用，但因为每个应用的对象特性都不一样，这就要求调试工程师允分了解PID的控制原理，只有这样我们才能把PID的应用好。
PID原理：PID是由比例、微分、积分三个部分组成的，在实际应用中经常只使用其中的一项或者两项，如P、PI、PD、PID等。
从控制原理来说，当一个控制对象，我们希望控制的输出达到我们设定的值，我们通常会使用开环或者闭环控制，如果控制对象的响应很稳定不会受到其它环节的影响，我们可以选用开环控制。
反之如果被控对象受到设定值、负载或者源端的影响而产生波动，我们应该选用闭环控制。
下图是一个温控的原理图：PID执行周期(1/10秒) 〔范例〕比例控制（P）：比例控制是最常用的控制手段之一，这也是最符合人的感观的一种控制，比方说我们控制一个加热器的恒温100度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升，当温度超过100度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函数e(t) = SP – y(t);u(t) = e(t)*PSP——设定值e(t)——误差值y(t)——反馈值u(t)——输出值P——比例系数滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控对象中因为有滞后性。
PLC的PID运算及运动控制
PLC的PID运算及运动控制PLC的工作流程1、系统初始化：一般小型PLC的系统初始化主要是进行初始化、设置、查找扩展模块等；2、扫描输入：扫描IO输入信号；3、执行逻辑：根据用户PLC程序执行逻辑；4、家务管理：PLC诊断、维护和其它系统程序执行；5、扫描输出：将逻辑执行的结果输出；6、通信管理单元：通信服务程序，响应编程软件和其它通信任务。
PLC运行方式：由上面可以看到PLC的运行是一种循环扫描的运行方式，实际上PLC还有定时扫描和中断扫描共三种扫描方式。
循环扫描：PLC按上图循环执行；定时扫描：PLC根据用户设置的时间定时扫描，比方说50ms 扫描一次，使用这种扫描方式，用户需要保证用户程序在设定时间内一定能扫描完毕，一般PLC使用定时中断和子程序结合起来实现这个功能（这种情况下与中断扫描方式并无不同），但在IO扫描方面会有一些细微的不同，很可能会用到立即刷新IO的功能块UpData_IO。
中断扫描：中断扫描根据外部或者内部中断的激活中断扫描程序的运行。
比方说外部IO中断、高速计数中断、定时中断等。
十九、PID——温控、变频PID（Proportional, Integral and Derivative）是闭环控制中最常用的一种算法，在包括温控、水泵、张力、伺服阀、运控等行业得到了广泛的应用，但因为每个应用的对象特性都不一样，这就要求调试工程师允分了解PID的控制原理，只有这样我们才能把PID的应用好。
PID原理：PID是由比例、微分、积分三个部分组成的，在实际应用中经常只使用其中的一项或者两项，如P、PI、PD、PID等。
从控制原理来说，当一个控制对象，我们希望控制的输出达到我们设定的值，我们通常会使用开环或者闭环控制，如果控制对象的响应很稳定不会受到其它环节的影响，我们可以选用开环控制。
反之如果被控对象受到设定值、负载或者源端的影响而产生波动，我们应该选用闭环控制。
下图是一个温控的原理图：PID执行周期(1/10秒) 〔范例〕比例控制（P）：比例控制是最常用的控制手段之一，这也是最符合人的感观的一种控制，比方说我们控制一个加热器的恒温100度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升，当温度超过100度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函数e(t) = SP – y(t);u(t) = e(t)*PSP——设定值e(t)——误差值y(t)——反馈值u(t)——输出值P——比例系数滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控对象中因为有滞后性。
PLC的PID功能介绍[1]
![PLC的PID功能介绍[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/4c3bb3ec81c758f5f61f67f0.png)
PLC的PID功能介绍1. PID控制在工业控制中，PID控制（比例-积分-微分控制）得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：1）不需要知道被控对象的数学模型。
实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。
据日本统计，目前PID及变型PID 约占总控制回路数的90%左右。
2）PID控制器具有典型的结构，程序设计简单，参数调整方便。
3）有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID 控制的变种和改进的控制方式，如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。
随着智能控制技术的发展，PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久不衰的生命力。
2. PLC实现PID控制的方法如图6-35所示为采用PLC对模拟量实行PID控制的系统结构框图。
用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法：图6-35 用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图1）使用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，用户在使用时只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。
但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。
如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。
2）使用PID功能指令。
现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。
它们实际上是用于PID控制的子程序，与A/D、D/A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，价格却便宜得多。
3）使用自编程序实现PID闭环控制。
有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID 控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变型PID控制算法。
在这些情况下，都需要由用户自己编制PID控制程序。
S7-200模拟量单元及PID指令
0 MSB F 数据值12位 数据值12位 单极性数据 4 3 0 2 0 1 0
3
2
0
1
0
0
0 LSB 0 0
MSB
双极性数据
LSB
输出数据格式
F 0 MSB F 数据值12位 数据值12位 电流输出数据格式 4 3 0 2 0 1 0 3 2 0 1 0 0 0 LSB 0 0
MSB
电压输出数据格式
满量程输入 0mV～50mV 0mV～100mV 0mV～500mV 0V～1V 0V～5V 0mV～20mA 0V～10V
分辨率
12.5μV
25μV
125μV
1.25mV 2.5mV
双极性 SW1 ON OFF SW2 OFF ON SW3 OFF OFF SW4 ON ON SW5 OFF OFF SW6 OFF OFF
PID控制(比例—积分—微分控制)算法在过程控制领域中的闭环控制中得到 了广泛应用。
r(t) + -
e(t)
PID控制环节
M(t)
被控对象
C(t)
反馈环节
PID控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差e是给定 值SP和测量值PV的差值。式(1)为PID控制的位置式算法，回路的输出 变量M(t)是时间的函数，它可以看作是比例项、积分项、微分项3项之 t 和： M (t ) KC e KC edt M initial KCde / dt
在进行接线时应注意以下几点。 (1) 传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线 。 (2) 敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。 (3) 避免将信号线与电源线路平行接近布置。 (4) 使用高质量的24V DC传感器电源，以保证无噪声 及稳定运行。
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任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
2．模拟量输出 ．
（2）模拟量的输出 模拟量的输出范围为10V～-10V或0～20mA （由接线方式决定），如图7-4所示，对应的 数字量分别为-32000～+32000和0～+32000。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
程序如图所示
任务二： 任务二： PID控制及应用 控制及应用
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。 过程控制系统在对模拟量进行采样的基础上，一般 还要对采样值进行PID（比例+积分+微分）运算， 并根据运算结果，形成对模拟量的控制作用。这种 作用的结构如图7-8所示
电流发送器 电压发送器 未用端子
开 关
固定端子块
配置开关 增益
增益
DIP设定开关
没有使用 24VDC电源和公共端
图7-1 EM231模拟量输入模块端子及DIP开关示意图
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
1．模拟量输入 ．
（2）模拟量输入的配置
电流变送器 电压变送器 空闲端子
3．模拟量数据的处理 ．
模拟量输入信号的整定通常需要考虑以下问题： 5）标准化问题
从模拟量输入模块采集到的过程量都是实际的工程量，其幅度、范 围和测量单位都会不同，在PLC内部进行数据运算之前，必须将这 些值转换为无量纲的标准化格式。
6）数字量滤波问题
电压、电流等模拟量常常会因为现场的瞬时干扰而产生较大波动， 这种波动经A/D转换后亦反映在PLC的数字量输入端，若仅用瞬时 采样值进行控制计算，将会产生较大误差，有必要进行数字滤波。 工程上的数字滤波方法有平均值滤波、去极值平均滤波以及惯性滤 波法等。算术平均值滤波的效果与采样次数有关，采样次数越多效 果越好。但这种滤波方法对于强干扰的抑制作用不大，而去极值平 均滤波方法则可有效地消除明显的干扰信号，消除的方法是对多次 采样值进行累加后，找出最大值和最小值，然后从累加和中减去最 大值和最小值，再进行平均值滤波。惯性滤波的方法就是逐次修正， 它类似于较大惯性的低通滤波功能。这些方法也可同时使用，效果 更好。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
4．模拟量输入/输出举例 ．模拟量输入 输出举例
例2 从 模拟 量 输出 通 道AQWO 输出10V 电压， EM232的输出电压范围是-10V～10V，其数据范 围 为 -32000 ～ 32000 ， 相 应 的 数 据 值 -2000 ～ 2000。
模拟量及PID控制 模块七 PLC模拟量及 模拟量及 控制
学习目标
了解各种模拟量输入输出模块。 掌握模拟量的输入及输出，能使用模拟量输入输 出模块组成PLC模拟量控制系统，并能根据工艺 要求设置模块参数，编写控制程序。 掌握PID调节指令的格式及功能，会编写PID参数 表初始化程序。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
2．模拟量输出 ．
（2）模拟量的输出 每个模拟量占用一个字长（16位），依据输出模拟量的类型，其 数据字格式有所不同，其格式如图7-5所示。 模拟量数据输出值是左对齐的，最高有效位是符号位，0表示正 值。最低4位是四个连续的0，在转换为模拟量输出值时，将自动 屏蔽，不会影响输出信号值。 在输出模拟量时，首先根据电流输出方式或电压输出方式，利用 移位指令或整数乘法指令对其数据值部分进行处理，然后利用数 据传送指令MOV_W将其从指定的模拟量输出通道输出。
切断模块电源，用DIP开关选择需要的输入范围。 接通CPU和模块电源，使模块稳定15min。 用一个变送器、一个电压源或电流源，将零值信号加到模块的一个输入端。 读取该输入通道在CPU中的测量值。 调节模块上的OFFSET（偏置）电位器，直到读数为零，或所需要的数字值。 将一个满刻度模拟量信号接到某一个输入端子，读出A/D转换后的值。 调节模块上的GAIN（增益）电位器，直到读数为32 000，或所需要的数字值。 必要时重复上述校准偏置和增益的过程。
开 关
固定端子块
增益 偏置
DIP设定开关
电 压 负 载
电 流 负 载
24VDC电源 和公共端子
图7-2 EM235输入输出混合模块端子、DIP设置开关及校准电位器示意图
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
1．模拟量输入 ．
（3）模拟量输入校准 校准调节影响所有的输入通道。即使在校准以后，如果模拟量多路转换 器之前的输入电路的元件值发生变化，从不同通道读入同一个输入信号， 其信号值也会有微小的不同。校准输入的步骤如下：
LSB
0 0
12 位数据值 单极性数据格式
MSB
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 双极性数据格式 2 0 1 0
LSB
0 0
12 位数据值
模拟量转换为数字量的12位读数是左对齐的，对单极性格式，最高位为符号位，最低3 位是测量精度位，即A/D转换是以8为单位进行的；对双极性格式，最低4位为转换精 度位，即A/D转换是以16为单位进行的。 在读取模拟量时，利用数据传送指令MOV_W可以从指定的模拟量输入通道将其读取 到内存中，然后根据其极性，利用移位指令或整数除法指令将其规格化，以便于处理 其数据值部分。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
2．模拟量输出 ．
（1）模拟量输出（AQ）寻址 通过D/A模块，S7-200 CPU把一个字长（16位）的数 字量按比例转换成电流或电压。可以用区域标识符 （AQ）、数据长度（W）和模拟通道的起始地址来存 储这些量，其格式为：AQW[起始自节地址] 因为模拟输出量为一个字长，且从偶数字节开始，所 以必须从偶数字节地址存储这些值，如AQW0、 AQW2、 AQW4等。模拟量输出值是只写数据，用户 不能读取模拟量输出值。
MSB
15 0 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 2 0 1 0
LSB
0 0
11 位数据值 电流输出数据格式
MSB
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 电压输出数据格式 2 0 1 0
LSB
0 0
12 位数据值
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
4）过程量的最大变化范围
过程量的最大变化范围与转换后的数字量最大变化范围应有一一对应的关 系，这样就可以使转换后的数字量精确地反应过程量的变化。如用0～0FH 反映0～10V的电压与0～FFH反映0～10V的电压相比较，后者的灵敏度或 精确度显然要比前者高得多。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
3．模拟量数据的处理 ． 模拟量输入信号的整定通常需要考虑以下问题： 1）模拟量输入值的数字量表示方法
即模拟量输入模块输入数据的位数是多少？是否从数据字的第0位开始？若 不是，应进行移位操作使数据的最低位排列在数据字的第0位上，以保证数 据的准确性。如EM231模拟量输入模块，在单极性信号输入时，其模拟量 的数字值是从第3位开始的，因此数据整定的任务是把该数据字右移3位。
3．模拟量数据的处理 ．
（1）模拟量输入信号的整定 通过模拟量输入模块转换后的数字信号直接存 储在S7-200系列PLC的模拟量输入存储器AIW 中，这种数字量与被转换的过程之间有一定的 函数对应关系，但在数值上并不相等，必须经 过某种转换才能使用，这种将模拟量输入的数 字信号在PLC内部按一定函数关系进行转换的 过程称为模拟量输入信号的整定。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
4．模拟量输入/输出举例 ．模拟量输入 输出举例
例1 从模拟量输入通道AIW2读 取0～10V的模拟量，并将其存 入VW100中。程序如图所示。
EM231的DIP开关中SW1、SW2、 SW3分别设置为ON、OFF、ON， 设定的量程为单极性0～10V，输 入数据范围为0～32000，其数据 格式参见前文所述。 利用实验板上的电位器可以输入 0～10V电压，可以用“图状态” 方式观察VW100中数据的变化。
与 S7—22XCPU 配 套 的 A/D 、 D/A 模 块 有 EM231（4路12位模拟量输入）、EM232 （2路12位模拟量输出）、EM235（4路12 位模拟量输入/1路12位模拟量输出）。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
1．模拟量输入 ．
（1）模拟量输入（AI）寻址 通过A/D模块，S7—200 CPU可以将外部的模拟量 （电流或电压）转换成一个字长（16位）的数字量。 可以用区域标识符（AI）、数据长度（W）和模拟通 道的其始地址来读取这些量，其格式为：AIW[起始字 节地址] 因为模拟输入量为一个字长，且从偶数字节开始存放， 所以必须从偶数字节地址读取这些值，如AIW0、 AIW2、AIW4等，模拟量输入值为只读数据。
任务一： 任务一： PLC模拟量控制及应用 模拟量控制及应用
3．模拟量数据的处理 ． （2）模拟量输出信号的整定
模拟量输出信号的整定就是要将PLC的运算结果按照一 定的函数关系转换为模拟量输出寄存器中的数字值，以 备模拟量输出模块转换为现场需要的输出电压或电流。 已知某温度控制系统由PLC控制其温度的升降。当PLC 的模拟量输出模块输出10V电压时，要求系统温度达到 5000C，现PLC运算结果为2300C，则应向模拟量输出存 储器AQWX写入的数字量为多少？这就是一个模拟量输 出信号的整定问题。