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0-32000
0－－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：±10
V ；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。

第二个模拟量输入：M与B+之间同上。

补充一点：如果有电流信号时如何办？如果有可以输入电流信号的模块当然可以解决了。

如果仅有CPU224XP模块，可以采取变通的办法，那就是将电流信号变更为电压信号：在电流信号的两端接入一电阻，然后取电阻两端的电压信号即可，当然电阻的值需要经过计算，在电流最大值时，电阻两端的电压最大值是10伏。

这样可以变通的将电流信号变更为电压信号。

比较全面的s7-200模拟量接线
目前使用最广泛的是集成两线制信号变送器. 它可将传感器信号变送为4～20 mA 的电流信号输出, 而且输出信号线与电源线复用. 两线制变送的突出优点是现场变送器与控制室仪表之间的联系仅仅使用两根双绞线, 这两根双绞线既是供给变送器工作的电源线, 又是信号输出线. 同时变送器与二次仪表的接口采用两线制可使线路简化, 接口简单。

二线制的变送器对电源的消耗是有上限的，一个使用24V输出4~20mA的变送器，它的最大功率允许消耗是480mW，如果可能超过这个限度，则输出失准，就不能设计成二线制的仪表，就必须电源线和信号线分开。

至于二线制、四线制仪表的选用，能用二线制就尽量用二线制的。

之所以有四线制的存在，一个原因是上面说的电源消耗问题，另一个原因是早期电子技术的局限性及成本考虑，因为二线制电路用到的IC，尤其高精度的IC，其成本是相当不菲的。

温变的n线制有两种意思：
一是指变送器的供电/信号传输方式。

通常不加说明的情况下，几线制是指这情况。

2线制是在一对导线上，在供电的同时进行信号传输；
3线制是供电/信号各用一根专线，同时共用一根负/地线；
4线制是供电/信号各用两根专线。

二是指测量（输入）使用几根线：
热电偶测温通常只需2线；
热电阻测温可以用2线，但会因为导线的电阻随温度变化而引入较大的误差；3、4线可以很好的消除导线的温度影响，但4线因性价比的关系只有要求极高的情况下才会用，工业上一般采用3线。

一般情况下
两线制传感器指的是电流输出（如4-20mA）的，一根是信号线，一根是电源线，信号线和供电是共用的两根，即既作为传感器的供电，又作为信号的输出，至于正负，就测量输出电压就可以判断了。

三线制传感器指的是电压输出（如0-5V）的，一根是信号线，一根是电源线，一根是公共线，三线制：信号线和电源输入共用一个0V的公共端。

其他一样。

四线制传感器指的是毫伏电压输出（如0-20mv），一根是信号+，一根是信号-，一根是电源+，一根是电源-。

四线制：信号线和电源输入是完全分开的，两根供电，两根输出，正负判断同样量输出电压即可。

这个各个厂家对传感器线的颜色定义可能不能，不能单独的从线的颜色上分辨，有的传感器可能没有加反向保护，如果接错线，可能会导致传感器电路损坏。

最好的办法就是参照附件说明书上接线。

四线制说的是变送器（即传感器）采用四根线，其中两根为电源线（需要外接电源单独供电），另外两根为信号线（传输4-20mA信号），接到AI模块上；而两线制是变送器采用两个线，这两根线既是信号线又作为电源线，接到AI模块上，理所当然的变送器的电源由AI模块提供
在模拟量参数设置中：
1.组态为2线制时，模块除了采集信号还给传感器供电
2.组态为4线制时，模块只采集信号，传感器由外部供电
两线制是指；电源24V正接到仪表的正端，然后由负端的信号进入模块的正端，模块负端出来的线接到COM端也就是24V负端！从而采集信号。

四线制仪表是仪表需要独立的供电电源，如24V直流和220V交流。

给仪表供电。

然后由仪表的信号输出端输出信号直接接入模块的信号输入端子即可。

模拟量输入是采集外部模拟信号进行转换就可以了如温度0-100摄氏度如果是电流4-20MA在西门子200里的工程量就是6400-32000了！这样你就换算得出实时的当前温度。

输出也是换算就可以了！西门子200PID使用向导自整定就可以完成的！只要是PID往往就会有模拟量！
两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制
电流的两根信号线只提供电流信号。

因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的，因此，当PLC的模板输入通道设定为连接四线制传感器时，PLC只从模板通道的端子上采集模拟信号，而当PLC的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，PLC 的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。

传感器型号：
1、两线制（本身需要供给24vDC电源的，输出信号为4-20MA，电流）即+接24vdc,负输出4-20mA电流。

2、四线制（有自己的供电电源，一般是220vac ，信号线输出+为4-20ma 正，-为4-20ma负。

PLC：
(以2正、3负为例)
1、两线制时正极2输出24VDC电压，3接收电流），所以遇到两线制传感器时，一种接法是2接传感器正，3接传感器负；跳线为两线制电流信号。

二种接法是2悬空，3接传感器的负，同时传感器正要接柜内24vdc；跳线为两线制电流信号。

(以2正、3负为例)
2、四线制时正极2是接收电流，3是负极。

(四线制好处是传感器负极信号与柜内M为不同电平时不会影响精度很大，因为是传感器本身电流的回路)遇到四线制传感器时，一种方法是2接传感器正，3接传感器负，plc跳线为4线制电流。

(以2正、3负为例)
3、四线制传感器与plc两线制跳线接法：信号线负与柜内M线相连。

将传感器正与plc的3相连，2悬空，跳线为两线制电流。

(以2正、3负为例)
4、电压信号：2接传感器正，3接传感器负，plc跳线为电压信号。

PID功能参数及设置问题汇总
PID的调整关键在实践和经验。

和多次的调整。

你可把他分为粗调和微调。

可按以下调整原则调整：
任何闭环控制系统的首要任务是要稳（稳定）、快（快速）、准（准确）的响应命令。

PID调整的主要工作就是如何实现这一任务。

PID调整方法。

增大比例系数P将加快系统的响应,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现,过大的比例系数会使系统有比较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。

积分能在比例的基础上消除余差,它能对稳定后有累积误差的系统进行误差修整,减小稳态误差。

微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当的情况下,对于提高系统的动态性能指标,有着显著效果,它可以使系统超调量减小,稳定性增加,动态误差减小。

综上所述,P---比例控制系统的响应快速性,快速作用于输出,好比"现在"（现在就起作用,快）,I---积分控制系统的准确性,消除过去的累积误差,好比"过去"（清除过去积怨,回到准确轨道）,D---微分控制系统的稳定性,具有超前控制作用,好比"未来"（放眼未来,未雨绸缪,稳定才能发展）。

当然这个结论也不可一概而论,只是想让初学者更加
快速的理解PID的作用。

在调整的时候,你所要做的任务就是在系统结构允许的情况下,在这三个参数之间权衡调整,达到最佳控制效果,实现稳快准的控制特点。

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。

它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。

它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。

三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。

但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

现在一般采用的是临界比例法。

利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值
曲线，从而调整P\I\D的大小。

比例I/微分D=2，具体值可根据仪表定，再调整比例带P，P过头，到达稳定的时间长，P太短，会震荡，永远也打不到设定要求。

PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：
温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
压力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。

常用口诀：
参数整定找最佳，从小到大顺序查
先是比例后积分，最后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。

微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低
可以用MATLAB仿仿，感受一下参数对典型对象动态特性影响请参考“先进PID控制及其MATLAB仿真”，刘金琨编，电子工业出版社2003年1月版
控制电动阀的开度来达到控制温度是可以的，我个人认为用比例电磁阀替代电动阀完全可以实现PID的控制。

因为比例电磁阀有标准的模拟量输入信号和反馈信号而且具有PID调节功能。

经过多年的工作经验，我个人认为PID参数的设置的大小，一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验。

P是解决幅值震荡，P大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长；I 是解决动作响应的速度快慢的，I大了响应速度慢，反之则快；D是消除静态误差的，一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。

对于温度控制系统P在5-10%之间；I在180-240s之间；D在30以下。

对于压力控制系统P在30-60%之间；I在30-90s之间；D在30以下。

PID控制的对象是比例溢流阀时，可能在它停止时不能马上归到零位，下次启动时就不是从零为开始的，所以，需要在它停止时，直接复位输出值。

1. 什么是单极性、双极性？
双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”，单极性不过零。

由于模拟量转换为数字量是有符号整数，所以双极性信号对应的数值会有负数。

在S7- 200中，单极性模拟量输
入/输出信号的数值范围是0-32000；双极性模拟量信号的数值范围是-32000－+32000。

2. 同一个模块的不同通道是否可以分别接电流和电压型输入信号？
可以分别按照电流和电压型信号的要求接线。

但是DIP开关设置对整个模块的所有通道有效，在这种情况下，电流、电压信号的规格必须能设置为相同的DIP开关状态。

如0-5V 和0-20mA信号具有相同的DIP设置状态，可以接入同一个模拟量模块的不同通道。

3. 模拟量应该如何换算成期望的工程量值？
模拟量的输入/输出都可以用下列的通用换算公式换算：Ov=
【(Osh-Osl)*(Iv-Isl)/(Ish-Isl)】+Osl其中：Ov:换算结果；Iv:换算对象；Osh:换算结果的高限；Osl:换算结果的低限；Ish:换算对象的高限；Isl:换算对象的低限
4. S7-200模拟量输入信号的精度能达到多少？
拟量输入模块有两个参数容易混淆：1）模拟量转换的分辨率2）模拟量转换的精度（误差）分辨率是A/D模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。

S7-200模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最小单位是满量程的1/4096。

模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。

在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。

这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。

5.为什么模拟量是一个变动很大的不稳定的值？
可能是如下原因：你可能使用了一个自供电或隔离的传感器电源，两个电源没有彼此连接，即模拟量输入模块的电源地和传感器的信号地没有连接。

这将会产生一个很高的上下振动的共模电压，影响模拟量输入值。

另一个原因可能是模拟量输入模块接线太长或绝缘不好。

可以用如下方法解决：1）连接传感器输入的负端与模块上的公共M端以补偿此种波动。

（但要注意确保这是两个电源系统之间的唯一联系。

）背景是：模拟量输入模块内部是不隔离的；共模电压不应大于12V；对于60Hz干扰信号的共模抑制比为40dB。

2）使用模拟量输入滤波器。

6.EM231模块上的SF红灯为何闪烁？
SF红灯闪烁有两个原因：模块内部软件检测出外接热电阻断线，或者输入超出范围。

由于上述检测是两个输入通道共用的，所以当只有一个通道外接热电阻时，SF灯必然闪烁。

解决方法是将一个100Ohm的电阻，按照与已用通道相同的接线方式连接到空的通道；或者将已经接好的那一路热电阻的所有引线，一一对应连接到空的通道上。

7. 什么是正向标定、负向标定？
正向标定值是3276.7度（华氏或摄氏），负向标定值是-3276.8度。

如果检测到断线、输入超出范围时，相应通道的数值被自动设置为上述标定值。

8. 热电阻的技术参数不是很清楚，如何在DIP开关上设置类型？
应该尽量弄清除热电阻的参数。

否则可以使用缺省设置。

9. EM235是否能用于热电阻测温？
EM235不是用于与热电阻连接测量温度的模块，勉强使用容易带来问题。

建议使用EM231RTD模块。

10. S7-200的模拟量输入/输出模块是否带信号隔离？
不带隔离。

如果用户的系统中需要隔离，请另行购买信号隔离器件。

11. 模拟量信号的传输距离有多远？
电压型的模拟量信号，由于输入端的内阻很高（S7-200的模拟量模块为10兆欧），极易引入干扰，所以讨论电压信号的传输距离没有什么意义。

一般电压信号是用在控制设备柜内电位器设置，或者距离非常近、电磁环境好的场合。

电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰，因而在工业现场获得广泛的应用。

电流信号可以传输比电压信号远得多的距离。

理论上，电流信号的传输距离受到以下几个因素的制约：1）信号输出端的带载能力，以欧姆数值表示（如700Ω）2）信号输入端的内阻3）传输线的静态电阻值（来回是双线）信号输出端的负载能力必须大于信号输入端的内阻与传输线电阻之和。

当然实际情况不会完全符号理想的计算结果，传输距离过长会造成信号衰减，也会引入干扰。

12.S7-200模拟量模块的输入/输出阻抗指标是多少？
模拟量输入阻抗：电压型信号：≥10MΩ；电流型信号：250Ω模拟量输出阻抗：电压型信号：≥5KΩ；电流型信号：≤500Ω。

13.模拟量模块的电源指示灯正常，为何信号输入灯不亮？
模拟量模块的外壳按照通用的形式设计和制造，实际上没有模拟量输入信号指示灯。

凡是没有印刷标记的灯窗都是无用空置的。

14. 为何模拟量值的最低三位有非零的数值变化？
模拟量的转换精度为12位，但模块将数模转换后的数值向高位移动了三位。

如果将此通道设置为使用模拟量滤波，则当前的数值是若干次采样的平均值，最低三位是计算得出的数值；如果禁用模拟量滤波，则最低三位都是零。

15. EM231TC是否需要补偿导线？
EM231TC可以设置为由模块实现冷端补偿，但仍然需要补偿导线进行热电偶的自由端补偿。

16. EM231TC模块SF灯为何闪烁？
如果选择了断线检测，则可能是断线。

应当短接未使用的通道，或者并联到旁边的实际接线通道上。

或者输入超出范围。