在模拟量闭环控制中的应用
plc在生活中的运用
plc在生活中的运用
PLC在生活中的应用
1、开环控制
开关量的开环控制是PLC的最基本控制功能。
PLC的指令系统具有强大的逻辑运算能力，很容易实现定时、计数、顺序(步进)等各种逻辑控制方式。
大部分PLC就是用来取代传统的继电接触器控制系统。
2、模拟量闭环
对于模拟量的闭环控制系统，除了要有开关量的输入输出外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出实现对温度、流量、压力、位移、速度等参数的连续调节与控制。
目前的PLC不但大型、中型机具有这种功能外，还有些小型机也具有这种功能。
3、数字量控制
控制系统具有旋转编码器和脉冲伺服装置(如步进电动机)时，可利用PLC实现接收和输出高速脉冲的功能，实现数字量控制，较为先进的PLC还专门开发了数字控制模块，可实现曲线插补功能，近来又推出了新型运动单元模块，还能提供数字量控制技术的编程语言，使PLC实现数字量控制更加简单。
4、数据采集监控
由于PLC主要用于现场控制，所以采集现场数据是十分必要的功能，在此基础上将PLC与上位计算机或触摸屏相连接，既可以观
察这些数据的当前值，又能及时进行统计分析，有的PLC具有数据记录单元，可以用一般个人电脑的存储卡插入到该单元中保存采集到的数据。
PLC的另一个特点是自检信号多．利用这个特点，PLC控制系统可以实现白诊断式监控，减少系统的故障，提高系统的可靠性。
监控式模拟量速度闭环控制系统的设计与应用
为频 率测 量 ； 门控 为软 门控 制 ； 更新 时 间为 １ 。 ０ｍｓ
简单 ， 护使 用 方 便 。在工 艺 参数 较 多 且 需要 人 机交 互 时使 用 触 维 摸屏 ， 使整 个 生产 的 自动 控 制 功 能大 大加 强 。采 用 触摸 屏 结 合 可 Ｐ Ｃ应用 于 闭环控 制 变 频 系统 是 自动 控 制 的趋 势 ， 供水 、 金 、 Ｌ 在 冶 机 械 等许 多工 业 生产 中 ， 于提 高 生 产 自动 化程 度 和 安全 生 产 具 对
Ｓｊ ｘ 兰 ｈｙ ｅ ｅｕ ｎ ｉＦ 坌 Ｉ
监控 式模拟 量速度 闭环控制 系统 的设计 与应用
陈 锐
（ ， 东松 山职 业 技 术 学 院 电气 工 程 系 ， 东 韶 关 ５ ２ ２ ） 广 １ １６
摘 要： 主要针对 带式输送机控制系 统中被控对象模拟量速 度的特点 ， 出采 用硬件组态 、 提 网络 组态和程序 设计 ３方面结合 的监 控系统 设 计方案 ， 实现触摸屏、 变频器和 Ｐ Ｃ在模拟量速度 闭环控制系统 中的应 用， Ｌ 使系统的 自动控制功能大大加强 。该系统具有硬件设计合理、 软件功
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。
S7-1200 PLC编程及应用第三版课件_第7、8章
选中“Transfer channel”列表中的PN/IE。单击“Properties”按钮， 打开网络连接对话框。
双 击 网 络 连 接 对 话 框 中 的 PN_X1 （ 以 太 网 接 口 ） 图 标 ， 打 开 “ ‘ PN_X1’ Settings” 对 话 框 。 用 单 选 框 选 中 “ Specify an IP address”，由用户设置PN_X1的IP地址。用屏幕键盘输入IP地址和子网 掩码，“Default Gateway”是默认的网关。设置好后按“OK”按钮退 出。
7.2.3 组态文本域与I/O域 1．生成与组态文本域 将工具箱中的文本域图标拖放到画面上，单击选中它，选中巡视窗口的“
常规”，键入文本“当前值”。可以在“常规”属性中设置字体大小和“适 合大小”。
在“外观”对话框设置其背景色为浅蓝色，填充图案为实心，文本颜色为 黑色。边框的宽度为0（没有边框）。在“布局”对话框设置四周的边距均 为3，选中复选框“使对象适合内容”。
3．设置按钮的事件功能 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 释放”，单击视图右边窗口的表格最上 面一行，选择“系统函数”列表中 的函数“复位位”。 单击表中第2行，选中PLC的默认变量表中的变量“起动按钮”。在HMI 运行时按下该按钮，将变量“起动按钮”复位为0状态。 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 按下”，用同样的方法设置在HMI运行 时按下该按钮，执行系统函数“置位位” 。该按钮为点动按钮。 选中组态好的按钮，执行复制和粘贴操作。放置好新生成的按钮后选中它， 设置其文本为“停止”， 按下该按钮时将变量“停止按钮”置位，放开该按 钮时将它复位。
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。
西门子S7-200PLC第6章 PLC模拟量采集及闭环控制系统
模拟执行部件之前，必须将标准化的实数值转换成一个16位的标定整
数值。
• 3. PID回路表
•
用PID运算的参数，每个PID控制回路都 有一个确定起始地址（TBL）的回路表。
PID回路表
• 4. PID回路指令
• PID运算通过PID回路指令来实现。
化处理后写入回路表首单元VD200 ； • 5）执行PID回路运算指令； • 6）对PID回路运算的输出结果单元VD208进行数据转换后送入模拟
量输出。
• 参看教材图6-9 PID回路表及定时0中断初始化子程序实例
• 本章小结： • 作业：
•
谢谢收看！！
该电流通过250 电阻将其转换为1~5V电压，作为A/D转换 器的模拟量输入信号，A/D转换器输出的数字量信号可以直接 输入给计算机进行处理。
• 2 计算机闭环控制系统
被控设备（对象）输出的物理量（即被控参数或称系统输出参 数），经传感器、变送器、 A/D转换后反馈到输入端，与期望 值（即给定值或称系统输入参数）进行比较，当二者产生偏差 时，对该偏差进行决策或PID运算处理，其处理后的信号经D/A 转换器转换为模拟量输出，控制执行器进行调节，从而使输出 参数按输入给定的条件或规律变化。由于系统是闭和的，输出 量的变化经变送器反馈到输入端与输入量进行比较，由于反馈 的输出量与输入量相位相反，所以也称闭环控制负反馈系统。
• （2） 回路输入转换及标准化数据
• 每个PID回路有两个输入量，给定值（SP）和过程变量（PV）。 在PID指令对这些物理量进行运算之前，必须对它们及其它输入量进 行标准化处理，即通过程序将它们转换成标准的浮点型表达形式。
• （3） 回路输出值转换成标定数据
•
PID回路输出的是0.0~1.0之间标准化的实数值，回路输出在驱动
PID指令
比例积分微分控制指令PID用于模拟量闭环控制，[S1·] [S2·]各用一个数据寄存器，[S1·] 用于存放设定目标值，[S2·] 用于设定测定当前值， [S3·]是用户为PID指令定义参数的首址，范围是D0～D7975，需占有自[S3·]起始的25个连续的数据寄存器，其中[S3·] ～[S3·] +6设定控制参数。
[D·]用一个独立的数据寄存器，用于存放输出值。
执行程序时，运算结果存于[D·]中。
PID指令的功能是接收一个输入数据后，根据PID算法计算调节值。
在图17-3中，X0闭合时，执行指令，目标值存入D10中，当前值从D20中读出，保留D100～D124作为用户定义参数的寄存器，输出值存入D150，一个程序中可以使用多条PID指令，每条指令的数据寄存器都要独立，以避免混乱。
PID指令在定时器中断、子程序、步进梯形图、跳转指令中也可使用，在这种情况下，执行PID指令前请清除[S3·] +7后再使用，采样时间必须大于PLC的一个运算周期。
控制用的参数的设定值（参数设定见表17-5）必须预先通过MOV等指令写入。
表17-5 参数设定。
浅析PLC在模拟量闭环控制中的应用
温度变送其将热 电偶输出的微弱 电压信号转换为标准量程的 电 流或电压 ｐ ｖ （ ｔ ） ，然后送给 Ｐ Ｌ Ｃ的模拟量输入模块 ，经 Ａ ／ Ｄ转 换后得到与温度成 比例的数字量 ｐ ｖ （ ｎ ） ， Ｃ Ｐ Ｕ将它与温度设定值 ｓ ｐ （ ｎ ） 比较，并按某种控制规律 （ 例如 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法）对误差值 ｅ （ ｎ ） 进行计算， 将运算结果Ｍ （ １ ２ ） （ 数字量） 送给模拟量输出模块 ， 经Ｄ ／ Ａ转换后变为标准量程的 电流信号或 电压信 号 Ｍ （ ｔ ） ，用来 控制电动调节 阀的开度，通过它控制加热用的天然气 的流量， 实现对温度的闭环控制 。 模拟量控制系统分为恒指控制系统和 随动系统 。恒值控 制 系统的给定值有操作人员提供 ，一般很小变化 ，例如温 度控制 系统、转速控制系统等。随动系统的输入量是不断变化的随机 变量 ，例如 电动调节阀的开度控制系统就是典型的随动 系统 。 闭环负反馈控制可以使控制系统的反馈量 ｐ ｖ （ ｎ ） 等于或跟 随给 定值 ｓ ｐ （ ｎ ） 。以炉温控制系统为例 ，假设输出的温度值 ｃ （ ｔ ） 低 于给定 的温度值 ，反馈量 ｐ ｖ （ ｎ ） 小于给定值 ｓ ｐ （ ｎ ） ，误差 ｅ （ ｎ ） 为正，控制器 的输 出量 Ｍ （ 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温度给定值 。
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温度 、流量、传速等 ）是连续变化 的模拟量 ，大多数 ０ １ ０ Ｖ ）的直流 电流信号或直流电压信号 ｐ ｖ （ ｔ ） 。
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S7-200 SMART PLC 应用教程 教学课件 ppt 作者 廖常初 第78章
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。 调试时断开 AO 模块与执行机构 之间的连线，在开环状态下运行 PID 控制程序。如果控制器有积分 环节，因为反馈被断开了， AO 模 块的输出会向一个方向变化。这时 如果假设接上执行机构，能减小误 差，则为负反馈，反之为正反馈。
5．闭环控制系统主要性能指标
第7章 PLC在模拟量闭环控制中的应用
7.1 闭环控制与PID控制器
7.1.1 模拟量闭环控制系统
1．模拟量闭环控制系统 被控量c(t)被传感器和变送器转换为标准量程的直流电流、电压信号PV(t)， AI模块中的A-D转换器将它们转换为多位二进制数过程变量 PVn。SPn为设定 值，误差en = SPn PVn。AO模块的D-A转换器将PID控制器的数字量输出值 Mn转换为模拟量M(t)，再去控制执行机构。 PID程序的执行是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期TS。 加热炉温度闭环控制系统举例。
导数的近似表达式：
数字PID控制器输出值的计算公式：
3．反作用调节 在开环状态下，PID输出值控制的执行机构的输出增加使被控量增大的是 正作用（加热炉）；使被控量减小的是反作用（空调压缩机）。把PID回路 的增益KC设为负数，就可以实现PID反作用调节。
7.1.3 PID指令向导的应用
1．用PID指令向导生成PID程序 双击项目树“向导”文件夹中的“PID”，打开“PID指令向导”对话框， 完成每一步的操作后，单击“下一步>”按钮。 1）设置PID回路的编号（0～7）为0。 2）设置回路给定值范围和回路参数。比例增益为2.0，积分时间为0.03min， 微分时间为0.01min，采样时间为0.2s。 3）设置回路输入量（过程变量PV）和回路输出量的极性均为默认的单极 性，范围为默认的0～32000。 4）启用过程变量PV的上限报警功能，上限值为95%。 5）设置用来保存组态数据的120B的V存储区的起始地址为VB200。 6）采用默认的初始化子程序和中断程序的名称，选中多选框“增加PID手 动控制”。 2．回路表见表7-1。 3. PID控制的模式 不执行PID运算时为“手动”模式。
828D车床模拟量主轴加进给轴全闭环调试
828D车床模拟量主轴加进给轴全闭环调试——828D进给轴的第三编码器调试前言：对于模拟主轴的直接编码器，我们在应用时需要把它叠加到一个进给轴上。
通常的使用方法，是我们把它配置为一个进给轴的第二编码器，在使用时主轴从这个进给轴的第二编码器读取数据。
但当设备所有轴都为全闭环时，就没有第二编码器可为模拟主轴使用。
所以我们介绍使用进给轴第三编码器的方法实现车床模拟量主轴编码器加进给轴全闭环的调试。
实验原理：在Z轴上配置三个编码器，其中第三编码器作为模拟主轴的直接编码器，828D系统默认的驱动报文格式136或116传递的是轴第一编码器和第二编码的信号，改用118的报文格式可以传输轴编码器2和3的信息给系统；系统侧就可以读取Z 轴编码器2和3的值（系统只能接受两套反馈，驱动可以接受三套反馈），然后我们通过NC参数设置，将Z轴编码器2作为Z轴系统的反馈1，编码器3作为Z轴系统的反馈2，再将其中一个反馈分配给模拟量主轴使用，这样就完成了调试要求。
116报文与118报文中状态字的区别调试设备：试验硬件 数量 详细信息828D BASIC T 1 软件版本04.04.SP1电源模块 1 非调节型电源模块 (SLM)电机模块 1 双轴模块电机 2 1FK7 同步电机外接编码器 3 1Vpp 2500线 （X轴第二测量）EnDat 512线（Z轴第二测量）TTL 1024线（Z轴第三测量或主轴的直接测量）SMC 3 SMC20、SMC20、SMC30各一个注：用两个同步电机作为X，Z 轴，主轴为模拟轴。
硬件连接示意图如下：说明：Motor Enc X为X 轴电机编码器；Direct X为X轴第二编码器；Motor Enc Z为Z 轴电机编码器；Direct Z为Z轴第二编码器；Direct Spi为SP 轴编码器调试步骤：1、硬件连接好后，系统自动进行拓扑识别。
在拓扑识别完成后，HMI 上会出现”Alarm201331: Topology:Component not assigned to a drive object, Component no.for the encoder interface”。
对西门子PLC的PID参数整定问题分析
120研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2017.01 (上)结合我国目前实际情况可知，PID 控制器已经在工业控制领域得到了较为广泛的应用。
与其他控制器相比，PID 控制器具有明显的计算量少、结构经典、便于参数调整等优势。
作为PID 控制的关键，其参数整定问题直接影响PID 控制的控制质量。
因此，分析西门子PLC 的PLD 参数整定问题具有一定的现实意义。
1 西门子PID 基本控制原理西门子PID 控制器的控制原理为：参照系统误差，借助PID 参数完成控制量的计算，最终实现控制功能。
具体而言，输入通过微分（D）、比例（P）以及积分（I）获得输出结果，并将输出结果传递至执行机构，由执行机构负责对某一规定对象执行控制任务。
从西门子PID 的构成来看，其中，微分部分的作用主要是提供盘查信号的变化速率，监测偏差信号的变化状况，识别偏差信号超出正常范围的征兆，准确于偏差信号由正常值转为太大之前，引入一个有效的早期修正信号，缩短系统调节时间。
而比例部分的作用则是即时完成控制系统偏差信号的反应（呈比例）。
当偏差产生后，调节器将会立即进行动作，抑制偏差控制功能的发挥。
此外，在西门子PID 控制器中，积分部分的作用以提升系统无差度以及消除静差为主。
积分的作用有效性与积分时间常数呈负相关关系，即随着积分时间常数的不断减小，积分的消除静差作用将发挥得越来越明显。
2 西门子PLC 的PID 参数整定这里主要从以下几方面入手，对西门子PLC 的PID 参数整定进行分析和研究。
2.1 模拟量闭环控制器控制系统方面在实际运用过程中，PID 模拟量闭环控制器控制系统可产生良好的自动控制功能，其自动控制原理为：当控制系统的设定值高于反馈值参数时，系统开始产生误差，误差被输入至PID 调节器中，由调节器完成微分、比例以及积分的运算，最终得出控制信号计算结果，并将该结果输出出来，传输至执行机构中。
PLC的用途
PLC的用途目前，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，使用情况大致可归纳为如下几类。
1、开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4、过程控制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。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
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
如何使用S7-200CPU 的PID控制
如何使用S7-200CPU 的PID控制S7-200 能够进行PID 控制。
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。
PLC技术在机械电气控制装置中的应用
PLC技术在机械电气控制装置中的应用摘要：随着科技水平的进步，PLC技术在机械电气控制装置中运用广泛。
机械电气控制装置能够更有效、更直接完成控制任务，但纯机械的控制装置缺乏自动化技术的应用，导致在使用过程中存在反应时间过长和反应速度过慢等情况，且控制系统一旦出现故障，就无法自动完成故障检查和故障排除。
为解决以上问题，可在机械电气控制装置中广泛应用PLC技术。
该技术能提高机械电气控制装置的自动性，使装置满足自动检查、自动排除故障以及快速反应等需求。
关键词：PLC技术；机械电气；控制装置；应用引言PLC技术较为灵活多变，而且可以进行编程，方便操作。
在工业电气自动化控制系统中引入该技术，可以提升设备控制效果，减少人力、物力资源消耗，并能够实现远程操作，促进整体工业生产效率的提升。
PLC技术的抗干扰能力较强，能够强化继电器的逻辑和自动控制效果，对电气自动化控制中的控制故障进行直观化解决，保障电气自动化控制系统的高效化运营。
1概念PLC技术，全称可编程序控制器，采取一类可编程的存储器，利用其内部微处理器，通过与互联网等信息化、自动化水平高的技术相结合（通信技术、计算机技术、自动控制技术等），从而将其应用到工业的各个领域中进行相关控制的一种技术装置。
PLC技术研发初期是准备应用于电气工程自动化领域中，但由于受到各种因素影响，在20世纪70年代这项技术被应用于汽车工业制造中，并且取得了较好的应用效果。
随着经济发展、科技进步，促使PLC技术应用范围逐渐扩大，被应用于商业、电气工程等领域中，技术自动化水平更高。
从PLC系统组成来看，主要由电源、CPU、通信模块、接口电路、功能模块等组成，除了系统输入输出端口，其余仅需软件便可实现连接。
在PLC技术应用过程中，如果电气自动化控制要求标准发生变化，工作人员只需修改系统程序便可实现最新的控制要求，从而为电气工程自动化控制带来便利条件。
2特征2.1实用性特点PLC可编程控制器的体积较小,重量较低,功能消耗量少,便于进行应用和安装,同时,具有容量大和运算速度快的特点,功能十分丰富,实用性较强。
基于PLC模拟量的变频器闭环调速控制
矿井通风系统------基于PLC模拟量的变频器闭环调速控制摘要随着电力电子技术及控制技术的发展，使得交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用。
由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场现场数据的采集和设备的控制。
本文介绍了 PLC控制变频调速系统在矿井局部通风机中的应用。
以瓦斯浓度为主控参数,通过A/D采样模块采集瓦斯浓度，送入PLC与设定值进行运算，输出再经过D/A转换控制变频器 ,来调节局部通风机电机转速实现最优控制 ,达到安全监控与节能目的。
关键字：PLC；变频器；PID控制；局部通风机；A/D转换；D/A转换AbstractWith the power electronics and control technology, making the AC variable speed motor drive in the industry has been widely applied. Since the PLC powerful, easy to use, high reliability, are often used as a field-site data collection and device control.This article describes the frequency control system PLC control local fan in the mine in the application. To gas concentration as the main control parameters through the PLC control frequency, to adjust the fan motor speed to achieve optimal local control, to security monitoring and energy conservation purposes.Keyword：PLC; inverter; PID control; local fan；A / D converter; D / A converter目录0中英文摘要 (1)1引言 (3)1.1 PLC概述 (3)1.2设计目的 (3)1.3设计内容 (3)1.4设计实现目标 (3)2系统总体方案设计 (4)2.1系统硬件配置及组成原理 (4)2.2系统接线图设计 (6)3控制系统设计 (7)3.1控制程序流程图设计 (7)3.2控制程序设计思路 (7)4系统调试及结果分析 (8)4.1系统调试步骤 (8)4.2遇到的问题以及解决方案 (9)4.3结果分析 (9)5结束语 (9)6参考文献 (10)1 引言1.1 PLC概述可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。
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
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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。
固高控制器的全闭环应用讲解
方案1
至此，调试流程完毕，把测好的PID参数保存好，程序初始化设置一次即可
方案1
使用常见问题： 1 模拟量闭环控制跟脉冲控制是否可以同时存在？比如1轴用闭环，2轴是开环 脉冲控制。
可以同时存在，只需要做好每个轴的配置即可，控制器资源是不冲突的
人机界 面
光栅检测 位置控制
实际位置反馈
控制器
驱动器
—--
实际速度反馈
速度检测
电机 电机
机械传动机构
Thanks.
rpm/V，假如最高 转速3000的电机， 模拟量电压的输 入范围为-10到10， 所以设置为300即 可
方案1
调试速度环参数： 速度环比例增益： Proportional Gain, 从小到大慢慢增加 建议0.5开始增加， 提高曲线的响应
速度环积分增益： Integral Gain,慢慢 调整直到曲线的稳 态误差很小，规划 曲线跟实际速度曲 线重合
方案1
profile:激活选中
di:激活 输入反转：不要更改默认配置
方案1
3 配置文件写入控制器
4 设置PID参数
测试使用只设置比例增益电机即可运行，开始 可以设置为3 然后更新即可设置完毕，其余参 数使用默认值
5 打开轴状态，点击“伺服使能”，配置正常驱动 电机正常上使能，设置错误电机飞车。如果飞 车更改配置文件中的编码器反向取反即可，再 次使能，直到正常
基于固高控制器的全闭环应用
郭建东 2019.9.12
方案1
硬件：带模拟量输出型控制器+GTHD驱动器（任意支持模拟量控制驱动即可）
例如：GTS-400-PV-VB-PCI 控制卡、GUC-400-PV-HD-M23 注意：GUS控制器不支持模拟量控制
PLC应用领域
PLC的应用领域目前，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，使用情况大致可归纳为如下几类。
（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）过程控制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。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
用PLC的软件实现PID闭环控制
用PLC的软件实现PID闭环控制摘要：本文提出了在PLC控制的中小型系统中，用软件的方法去实现PID闭环控制的方法和用数字形式实现惯性滤波的动态滤波方法，给出了程序流程图。
关键词：PLC PID 调节器闭环控制1引言在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速都是常用的主要的被控参数。
例如，在冶金工业，化工生产，电力工程，机械制造，食品加工等许多领域人们都需要对各类加热炉，热处理炉，反应炉和锅炉温度进行监测和控制。
一般用闭环控制的方式。
PID调节是经典控制理论中最典型的控制规律，在以往的模拟控制系统中得到了广泛得应用，对相应的控制对象进行控制时获得了比较满意得结果。
通常，在控制系统中有一定容量的储能元件，因此系统中常会有一定的惯性和时间上的滞后，负载的变化以及电源系统的干扰都会给控制带来影响，造成系统参数的变化，从而使控制性能改变。
采用PID调节，可对系统偏差进行比例调节，引入积分环节，对偏差进行积分，提高了系统控制精度和抗外界干扰能力。
引入微分环节，用于克服系统的惯性滞后，从而提高系统的稳定性。
这就大大提高了控制系统的性能和品质。
PCL控制模拟量，可采用PID过程控制模块，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路，但这种模块价格较贵，一般用于大型复杂的控制系统。
本文介绍一种用软件方法模拟PID调节器去控制模拟量，在硬件上只需配模拟输入/输出模块(A/D,D/A)模块，这种方法适用中小型系统，投资较小。
2PID调节器的数字化我们以位置式PID控制法控制炉温为例加以说明，这是工业过程控制中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的结果。
控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值，可作为温度调节器的输入信号，其中r(t)为给定值，y(t)为被测变量值，k p为比例系数，Ti为积分时间常数，Td微分时间常数，P(t)为调节器的输出控电压信号。
一个典型的 ＰＬＣ模拟量闭环控制系统方框图为但计算机只能处理数字信号，故上述必须加以变换。
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接近开关 继电器 热电阻
转换开关 电磁阀
辅助节点 ……
……
3
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
8.1 模拟量闭环控制的基本概念
8.1.1 模拟量闭环控制系统的组成 1 模拟量单闭环控制系统的组成
可编程控制器
生产过程
sp(n) +
给定值
-
ev(n)
mv(n) mv(t)
控制器
D/A
执行器
被控对象
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
1t
dev(t )
mv(t) K ev(t) ev(t)dt T
M
P
T0 I
D dt
传递函数：
MV (s) EV (s)
KP
1
1 TI s
TD s
其中：KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常 数，M为积分部分的初始值。
串级、比值等控制方式； FM355S用于数字量步进或脉冲控制器，有8个DO。
16
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
2. 闭环控制系统功能块
SFB41～SFB43：通过AI、AO(DO)模块实现PID控制。 其中： 通过AO实现连续控制(SFB41) 通过DO实现步进(SFB42)或脉冲控制(SFB43)。
指令树→Library→Standard Library→ System Function Blocks→插入块 2. 闭环控制软件包的调用 功能块FB41､FB42､FB43与SFB41､SFB42､SFB43兼容，调 用方法如下： 指令树→ Library→Standard Library→PID Control Blocks→插入块
图8-4 SFB41 CONT_C框图
LMN 控制器输出值
LMN_PER 外设输出
25
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
1. 设定值的输入
SP_INT：设定值(setpoint)，浮点数格式。
2. 过程变量输入格式选择
有两种输入方式：
PVPER_ON=0：选择PV_IN 作输入，浮点格式的工程值
电气控制与可编程控制器
第8章 S7-300在模拟量 闭环控制中的应用
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
PLC常用控制方法：
SCS：Sequence Control System，程序和顺序控制； MCS：Modulating Control System，例如：PID控制作
为基本MCS； 复杂控制：串级控制、混合控制、比值控制等； 最优控制：现代控制理论算法实现的控制； 自适应控制：给定值随着某种规律自动调整，使生产过
10
2. PID算法的数字实现
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
数字PID主要有三种算法：位置算法、增量算法和速度
算法。
S7-300 PID功能块SFB41是位置算法。
PID控制器的结构图如下：
SP(s)
-
K P K
P
Ts I
KTs PD
C(s)
控制对象
11
由PID表达式
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
pv(n)
pv(t)
A/D
测量变送器
c(t)
被控量
图8-1 PLC模拟量闭环控制系统原理框图
其中 c(t)：被控制量
sp(n)：给定值
mv(t)：PLC输出的模拟量
mv(n)：D/A转换后输出的数字量
pv(t)：变送器输出的模拟量
ev(n)：控制偏差ev(n) = sp(n) − pv(n)
pv(n)：经A/D转换后的数字量
24
SP_INT 内部浮点数给定值
PV_IN 浮点数过程变量
PV_PER 外设变量
PVPER_ON
过程变量格式化
0
CRP_IN
PV_NORM
PV_R
1
% 实数
100/27648
PV_FAC 输入系数 PV_OFF 输入偏差
INT
INT_HOLD 积分保持 I_ITL_ON 积分初始化 I_ITLVAL 积分初值
周期折衷选择。可以在CPU属性中设置。
19
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
20
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
调用系统功能块必须指定背景数据块 例如：STL：CALL SFB “CONT_C”, DB300 LAD：
背景数据块保存了功能块的输入/输出结果，可以在PLC程 序中或WINCC软件访问相应的数据。见图。
采用带死区的PID控制系统。
死区的PID概念：是人为地设置一个不灵敏区域B， 当偏差 | ev(t) |≤B 时，减弱或切除控制输出 当偏差 | ev(t) |＞B 时，正常控制输出
这里的死区B对应SFB41中的DEADB_W。
死区特性
SP
－
B
PID 控制器
控制对象
图8-3 带有死区的PID控制 15
TD和I_ITLVAL。
13
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
3. 不完全微分PID 微分项的弱点：在标准的PID算式中，当有阶跃信号输入
时，微分项急剧增加，容易引起调节过程的振荡，导致调 节品质下降。 解决：不完全微分PID算法基本思想仿照模拟调节器的实 际微分调节，加入惯性环节，以克服完全微分的缺点。 不完全微分PID的传递函数为
手动控制 MAN_ON 1
0
输出限幅 LMNLIMIT
QLMN_HLM 输出超上限 QLMN_LLM 输出超下限
输出量格式化
LMN_LIM
LMN_NORM
输出限幅
转换为外设输出值 CRP_OUT % 27648/100
LMN_HLM 输出上限值 LMN_LLM 输出下限值
LMN_FAC 输出系数 LMN_OFF 输出偏移量
DIF
TD
微分时间常数
TM_LAG 微分延迟时间
P_SEL 1
0.0
0 I_SEL 1
+
0.0
+
0
+
1
0.0 0 D_SEL
死区
DEADBAND
+
-
DEADB_W
PV
死区宽度
过程变量
比例增益 GAIN
ER 误差
LMN_P 比例分量
LMN_I 积分分量
+
+
DISV 扰动
LMN_D 微分分量
MAN 手动
3. 闭环控制软件包 FB41～FB43用于PID控制，功能同SFB41～SFB43； FB58和FB59用于PID温度控制； 模糊控制、神经网络控制、PID自整定等软件包。
17
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
8.3.2 闭环控制系统功能块 1. 系统功能块的调用
SFB 41 用于连续控制 SFB 42 用于步进控制 SFB 43 用于脉冲宽度控制 调用方法如下：
21
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
梯形图
语句表
22
SFB41的背景第数8章据S块7-3D00B在3模00拟量闭环控制中的应用
23
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
8.4 连续PID控制器SFB41 SFB41为连续控制器，控制输出为AO量； 基本控制是恒值控制。例如：恒压、恒温、恒速控制等。 连续控制器SFB41的原理框图如图8-4所示。
mv(t) K
ev(t )
1
t
ev(t )dt T
dev(t
)
M
P
T0 I
D dt
设PID控制器采样周期为Ts，对上式进行离散化处理，积 分项用累加近似代替，微分项用差分近似代替，则连续系统 表达式变为：
mv(n)
K
P
ev(n)
1 T
n
ev(j)T
程始终处于最佳工作状态； 模糊控制：控制决策(目标)用模糊规则来实现。
2
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
S7-300 组成的控制系统
PS电源 CPU 接口模板 DI DO AI TC RTD AO FM ...
按钮
指示灯 变送器 热电偶 热电阻 执行器 FM355
行程开关 接触器 热电偶
4
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
2 S7-300实现闭环控制的方法
⑴软件PID控制器：
SFB41
SFB42 SFB43
＋
SFB58
SFB59
＋
＋
CPU
AI
AO
原理：AI(TC、RTD)模块采集过程值 ➵ 经CPU执行PID控
制算法 ➵ AO(或DO)实现控制。
优点：节约费用，使用灵活。
j 0
s
T D
ev(n)
ev(n T
1)
M
I
s
12
第8章 S7-300在模拟量闭环控制中的应用
整理后得：
n
mv(n)
K
ev(n)
P
K
I
ev(j)
K
D
ev(n)
ev(n
1)
M
j 0
式中：Ts=Δt 为采样周期
ev(n) 、ev(n-1)为第n次和第n-1次采样时的偏差值