最新模拟量及PID

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模块七PLC模拟量及PID控制课件

包括电压、电流、温度、压力等多种类型。
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

模拟量闭环控制一般用PID

模拟量闭环控制一般用PID。

需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI控制方式；控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。

各部分的作用如下：
在P，I，D这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。

比例系数KC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，KC过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。

控制器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此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，因此很少单独使用。

积分时间常数TI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。

根据误差变化的速度(即误差的微分)，微分部分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。

实例详解S7-200SMART与PID的应用

实例详解S7-200SMART与PID的应用一、 PID回路控制概述PID控制器是应用最广泛的闭环控制器，它根据给定值与被控实测值之间的偏差；按照PID算法计算出控制器的输出量，控制执行机构进行调节，使被控量跟随给定量变化，并使系统达到稳定；自动消除各种干扰对控制过程的影响。

其中PID分别表示比例、积分和微分S7-200 SMART中PID功能实现方式有以下三种：PID指令块：通过一个PID回路表交换数据，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。

PID向导：方便地完成输入/输出信号转换/标准化处理。

PID指令同时会被自动调用。

根据PID算法自己编程S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID 指令功能块）,根据PID算法自己编程没有具体数目的限制，但是我们需要考虑PLC的存储空间以及扫描周期等影响。

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。

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 SMART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 SMART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（实际上是0%--100%）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。

第七章--数字PID控制及其算法

∴ Yn KPen en 1 KIen KDen 2en 1 en 2
式中：
KI
KP
T TI
KD
KP
TD T
增量控制算式
整理得：Yn KP KI KD en KP 2KD en 1 KDen 2
d0en d1en 1 d2en 2
式中：
d0
K
P
1
T TI
TD T
d1
KP
1
2TD T
一开始：比例调节作用→比例输出Y1
随后：积分作用→在同一方向，在Y1 的根底上输出值不断增大
最后： PI调节器的输出趋于稳定值 KIKPe(t)
第七章数字PID控制及其算法
③优缺点优点：克服了比例调节有静差存在的缺点，又防止
了积分调节响应慢的缺点，静态和动态特性得到了改善。缺点：当控制对象具有较大的惯性时，无法得到很好的调节品质。
1
KPen en
1
KP
T TI
en
KP
TD T
en
2en
1
en
2
Y n
1
KP
en
en
1
T TI
en
TD T
en
2en
1
en
2
Yn 1 KPenen 1 Ien Den 2en 1 en 2
式中：e(n)=w－u(n)：w—给定值 u(n)—第n次实际输入值
KP—比例系数 D=TD/T—微分系数
在模拟控制系统中调节器的正、反作用是靠改变模拟调节器中的正、反作用开关的位置来实现的。
第七章数字PID控制及其算法
7.3.1 正、反作用问题
在数字控制系统中，可用两种方法来实现正、反作用控制：改变偏差E(K)的公式正作用：E(K)=M(K)-R(K) 反作用：E(K)=R(K)-M(K) 其中M(K)是测量值，R(K)是给定值对运算结果进行改变 E(K)计算公式不变，假设需要反作用时，在完成PID运算之后，先将其结果求补，而后再送到D/A转换器进行转换，进而输出。

FX3版第7、8章

2．改进的PID控制算法图7-11的SVn等下标中的n表示是第n次采样时的数字量。PID指令执行的周期称为采样周期TS。
（1）一阶惯性数字滤波模拟量反馈信号pv(t)采样后用一阶惯性数字滤波器来滤除干扰噪声，Tf是
滤波器的时间常数。输入滤波常数 = Tf /（Tf +TS），TS为采样周期。（0～1）越大滤波效果越好；过大会使系统的响应迟缓。
（2）不完全微分PID
微分容易引入高频干扰。为此在微分部分增加了一阶惯性滤波。下式是不
完全微分PID的传递函数，微分增益KD是不完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。
（3）反馈量微分PID 设定值SVn的突变将会使误差EVn和PID的输出量MVn突变，为了消除给定值突变的影响，只对反馈量PVnf 微分。不考虑给定值的变化（即令SVn为常数），有
2．闭环控制的工作原理闭环负反馈控制可以使测量值PVn等于或跟随设定值SVn。假设实际温度值 c(t)低于给定的温度值，误差EVn为正，mv(t)将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于设定值。
3．闭环控制反馈极性的确定闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控。
均值会降低PL编程不同型号的PLC可连接1、2、4台FX3U-4AD-ADP。M8280～M8283为ON和 OFF时，通道1～4分别为电流输入和电压输入。D8280～D8283用来保存来自通道1～4的输入数据。D8284～D8287用来设置通道1～4的平均次数（1～ 4095）。 D8288用于保存适配器的错误信息。图7-3中，适配器的通道1和通道2分别被设置为电压输入和电流输入。开机时将错误信息M8288中的第6位（硬件错误）和第7位（通信数据错误）清零。在运行时将D8288中的错误信息传送到M0～M15。通道1和通道2的平均值滤波的次数为8，D200和D201用来存放通道1和通道2 的A-D转换的平均值。

模拟量PID参数调节(重要)

模拟量PID参数调节模拟量PID参数调节PID就是比例微积分调节，具体你可以参照自动控制课程里有详细介绍！正作用与反作用在温控里就是当正作用时是加热，反作用是制冷控制。

PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。

同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。

智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。

自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

一个控控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。

控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。

不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。

比如压力控制系统要采用压力传感器。

电加热控制系统的传感器是温度传感器。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID 控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。

有利用PI D控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现P ID控制的PC系统等等。

可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet 相连，如Rockwell的PLC-5等。

还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。

1、开环控制系统开环控制系统(open-loop controlsystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。

在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。

PID指令及自整定系统总结

PID指令及自整定系统总结第一部分、PID 控制Micro/WIN 提供了PID Wizard（PID 指令向导），可以帮助我们方便地生成一个闭环控制过程的PID 算法。

此向导可以完成绝大多数PID 运算的自动编程，只需在主程序中调用PID 向导生成的子程序，就可以完成PID 控制任务。

PID 向导既可以生成模拟量输出PID 控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。

PID 向导编程步骤在Micro/WIN 中的命令菜单中选择：工具> 指令向导，然后在指令向导窗口中选择PID 指令：图1. 选择PID 向导在使用向导时必须先对项目进行编译，在随后弹出的对话框中选择“Yes” ，确认编译。

如果已有的程序中存在错误，或者有没有编完的指令，编译不能通过。

如果项目中已经配置了一个PID 回路，则向导会指出已经存在的PID 回路，并让你选择是配置修改已有的回路，还是配置一个新的回路：图2. 选择需要配置的回路----------------------- Page 2-----------------------第一步：定义需要配置的PID 回路号第二步：设定PID 回路参数图3. 设置PID 参数定义回路设定值（SP，即给定）的范围：在低限（Low Range）和高限（High Range）输入域中输入实数，缺省值为0.0 和100.0，表示给定值的取值范围占过程反馈量程的百分比。

这个范围是给定值的取值范围。

它也可以用实际的工程单位数值表示，接下来会和过程输入量一起总结。

比例增益：即比例常数。

积分时间：如果不想要积分作用，可以把积分时间设为无穷大：9999.99微分时间：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0 。

采样时间：是PID 控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔。

在向导完成后，若想要修改此数，则必须返回向导中修改，不可在程序中或状态表中修改。

----------------------- Page 3-----------------------第三步：设定回路输入输出值图4. 设定PID 输入输出参数标定：指定输入类型单极性：即输入的信号为正，如0－10V 或0－20mA 等双极性：输入信号在从负到正的范围内变化。

可编程序控制器模拟量及PID算法应用案例

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S7200PLC模拟量及PID控制的实例剖析

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。
任务一： PLC模拟量控制及应用
▪ 1．模拟量输入
➢ （4）输入模拟量的读取 ➢ 每个模拟量占用一个字长（16位），其中数据占12位，依据输入模拟量
的极性，其数据字格式有所不同，其格式如图7-3所示。
MSB
LSB
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
12 位数据值
任务一入（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。
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。
电压负载电流负载

PID调节-指令用法与设置步骤-模拟量和PWM-自编

S7-300的PID调节一．PID的应用场合PID调节（P比例，I积分，D微分）：常用于需要用温度，液位，压力等闭环控制动作的场所。

常用的PID调节有三种：A.用温控等仪表进行调节，但是一般常规仪表只有一路PID控制通道，如果要实现多路PID控制，就需要很多仪表，成本过高，且不便于集中处理。

B.用PLC中的FB41/FB58块（模拟量输出控制，FB41/FB58 就相当于我们常规仪表里的控制器，FB58是专用于温度控制的块，但是占CPU 资源过大），需要用到的硬件为：1. PLC：CPU及模拟量输入输出模块；2. 传感器：接收压力，温度等信号；3. 变送器：将温度，压力等信号转换成电流或电压信号，依所用的模块可以取舍，例如如果PLC模拟量输入模块带有RTD模块（直接接热电阻信号）的功能，温度变送器可以不用；4. 功率调节器（调压模块）{必备}：接入模拟量输出模块，用模拟量输出的调节，调节电压大小，进行恒定的输出，控制被执行元件（例如加热器）；5.加热/加压器：最后的执行元件，接在功率调节器上，用来升/降温度和压力等；简易结构如下图：C.对于无法用模拟量控制的硬件，比如冷却风扇的启停等，只能用开关量控制，可以用PID算法（PWM）控制固态继电器(SSR)的通断，实现对温度的控制（FB41联合FB43,或者FB41联合FB59或者FB58联合FB59使用，FB58，FB59是专用于温度调节的块，但是占用CPU资源过大）。

控制原理：温度传感器检测到传感器的温度信号，经温度变送器将温度值转换成4~20mA的电流信号，送入PLC AI模块。

PLC把这个测量信号经过标度变换与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出PWM控制信号，经PWM来控制固态继电器的通断，来间接调节加热元件等的通断，从而实现温度的连续控制。

需要的元器件：1.固态继电器：与方法B相比，是将B中的功率调节器换成了固态继电器；2.其他与B类似，如果PLC模拟量输入模块带有RTD模块（直接接热电阻信号）的功能，温度变送器可以不用；二．下面主要介绍方法B和C的原理和程序编写：二．1 方法B—用PLC中的FB41块（模拟量输出控制）：PLC需要用到的块为：OB35,FB41,FC105（若用RTD模块接收温度可不用）,FC106。

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。

欧姆龙PLC使用和PID指令使用_郭晓明

欧姆龙学习总结1、软件安装：按照安装包“1安装指南”步骤安装完成，此版本软件为9.0，只有9.1版本以上的才可以使用RS232下载线。

升级软件为9.1版本，点击安装包-升级包，选择”Cmn1004_0402setup”安装，升级为9.1版本。

卸载有专用卸载软件（官方下载）。

2、打开软件-新建-命名程序名字、选择匹配的plc机型（CP1E-n30dr-a），“Setting”CPU类型设置为N30.选择下载方式。

ＲＳ２３２对应Network Type设置为“SYSMAC WAY,”.3、pid于pidat指令介绍1. PID指令/PID自动整定控制指令PID(190)/PIDA(191)PID是由比例运算(P)、积分运算(I)和微分运算(D)共同组合作用的简称。

其中，比例作用是建立在设定值（SV）上的比例带操作，在此带内控制变量（MV）与偏差成正比，提供一个无振荡的平滑控制过程；积分作用是指对阶跃偏差的自动校正过程；比例作用和积分作用都通过控制结果进行校正，因此不可避免会产生响应滞后。

微分作用弥补了这一缺陷，通过操作变量与偏差形成的斜坡（微分系数）成比例来进行控制，可加速对干扰的响应。

（1）PID控制指令PID(190)PID(190)指令的梯形图如图3-72所示。

图中，S为输入字（即输入PV值）；D为输出字（即控制变量输出MV值），S和D均为16位无符号的二进制数（0～FFFFH）或十进制数（0～65535）；C为参数字，具有2个自由度PID控制的参数C共有39个字，其中C～C+8的9个字由用户来设置，C+9～C+38的30个字为指令工作区，用户不能占用。

该指令根据C中设定的参数实现PID控制。

当执行条件为ON时，PID(190)按照C中设置的参数(设定值，PID常量等)在两个自由度上对目标值执行PID控制，从输入字S的内容中得到指定输入的数据，并根据设定参数执行PID计算，并将计算结果以操作变量的形式存入输出字D中。

PID

PID手动向自动的无扰动切换：一般的DCS都采用：PV跟踪，PV跟踪：即手动时，设定值SP跟着过程值PV跑，设个选项开关，有的工艺人员不喜欢PV跟踪，因为SP值被冲掉了。

PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

其输入e (t）与输出u (t）的关系为其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数可以呀！那是因为在讲经典控制理论，所以一般用复频域。

可以用状态空间模型的。

这个在Simulink里可以用积分，微分，比例等分立元件搭建模型的。

也有现成的状态空间模型。

PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一，PID 适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。

PID参数自整定控制仪可选择外给定（或阀位）控制功能。

可取代伺服放大器直接驱动执行机构（如阀门等）。

PID外给定（或阀位）控制仪可自动跟随外部给定值（或阀位反馈值）进行控制输出（模拟量控制输出或继电器正转、反转控制输出）。

可实现自动/手动无扰动切换。

手动切换至自动时，采用逼近法计算，以实现手动/自动的平稳切换。

PID 外给定（或阀位）控制仪可同时显示测量信号及阀位反馈信号。

PID光柱显示控制仪集数字仪表与模拟仪表于一体，可对测量值及控制目标值进行数字量显示（双LED数码显示），并同时对测量值及控制目标值进行相对模拟量显示（双光柱显示），显示方式为双LED数码显示+双光柱模拟量显示，使测量值的显示更为清晰直观。

PID参数自整定控制仪可随意改变仪表的输入信号类型。

采用最新无跳线技术，只需设定仪表内部参数，即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号。

PID参数自整定控制仪可选择带有一路模拟量控制输出（或开关量控制输出、继电器和可控硅正转、反转控制）及一路模拟量变送输出，可适用于各种测量控制场合。

PID参数自整定控制仪支持多机通讯，具有多种标准串行双向通讯功能，可选择多种通讯方式，如RS-232、RS-485、RS-42等，通讯波特率300～9600bps 仪表内部参数自由设定。