第六章：PLC 在模拟量与PID控制在应用.
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
模拟量处理和PID控制
OFF OFF OFF ON OFF ON ON ON ON OFF ON OFF ON
OFF ON OFF ON ON ON
模拟量处理
任务情景
在工业控制中常常需要定值控制或随动控制。这种情况需要 传感器对输出量进行采样，然后根据采样结果对输出量进行 自动调节。 一般传感器输出的是模拟电信号，需要将其转化为数字量后 PLC才能进行处理。而处理后输出的结果是数字量，也需要 将其还原成模拟量输出。 一般传感器或者变送器输出0~10V或者4~20mA的电信号。 西门子-200系列PLC常用模拟量扩展模块有：EM231（4路 模拟量输入模块），EM232（2路模拟量输出模块）EM235 （4路输入1路输出）。均为12位转换器。
OFF OFF OFF ON OFF OFF ON
OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON
OFF ON
EM235输入模拟量分辨率设置（双极性）
双极性
SW1 SW2
ON OFF OFF ON
满量程输入 分辨率
SW5
OFF OFF
SW3 SW4
项目：将采集到的模拟量进行处理， 得到相应的工程量
使用一个0~20mA的模拟量输入信号，在S7内部对 应的数字量0~32000；对于4~20mA的信号对应的 数字量6400~32000。如果对于两个传感器，量程 都是0~16MPa，一个是0~20mA，一个4~20mA。 则相同的压力下转换成的数值不同。 演示箱中有一个Pt100温度传感器，通过500Ω电阻 将4~20mA电流信号转换成为2~10V电压信号送到 PLC的模拟量输入端，对应的温度范围0~100°C， 则转换公式为：T=(100-0)(AIW0-6400)/(320006400)+0
PLC PID功能介绍
PLC 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。
PID控制在S7-300(PLC)系统中的应用
PID控制在S7-300（PLC）系统中的应用一、引言自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个自动控制系统通常包括控制器﹑检测机构﹑执行机构三个主要组成部分。
如果系统控制器的输出能够根据被控对象（检测机构的检测结果）自动作出调整，或者说，被控对象能够实时地影响控制器的输出，并且使得被控对象尽量保持某个稳定的状态，那么，我们可以说这是一个闭环控制系统。
闭环控制系统的例子很多，比如，自来水在城市管网中的水压控制，水压过高，将会导致管网的损坏，反之，则会影响到高层居民的生活供水。
在这个系统中，检测机构是智能压力变送器；执行机构是水泵及驱动水泵电机的变频器；控制器通常采用PID控制器，这个PID控制器可以是包含在变频器的处理器中，也可以是包含在一套PLC中。
笔者结合多年的西门子PLC工程实践经验，谈谈有关PID在S7-300中的应用，以作抛砖引玉。
二、编写自己的功能块在西门子PLC编程软件STEP7中，为用户提供了多个PID控制功能块。
在梯形图编辑状态（LAD/STL/FBD），打开“视图→总览（View→Overviews）”，可以找到“库→标准库→PID控制块（Libraries→Standard Library→PID Control Blocks）”。
其中连续PID控制块FB41比较常用，但是，它的接口部分参数繁多（有44个），对参数的注释较少，实际使用过程中很不方便，调试也比较困难；还有一点，它是由高级语言SCL 编译的，因为没有源程序，对它作任何的修改都是难以想象的事情。
在实践中，笔者使用自己编写的PID控制块，为特定的场合定制，小巧灵活，调试十分方便，效果也比较理想。
根据PID控制的原理，我们采用了下述简化的计算公式：△outPID = △outP + △outI +△outD (1)△outP = uP * (MEAS - LastM) (2)△outI = uI * (MEAS - DestV) (3)△outD = uD * ((MEAS - LastM) - (LastM - LLastM)) (4)CurrOUT = LastOUT ±△outPID (5)上述公式的说明：（1）式中，△outPID为本次PID调节的总量，△outP、△outI、△outD则分别为比例、积分、微分的调节分量；（2）式中，uP 为比例系数，MEAS 表示当前测量值，LastM表示上一次的测量值；（3）式中，uI 为积分系数，DestV表示设定的目标值；（4）式中，uD 为微分系数，LLastM表示上上一次的测量值；（5）式中，CurrOUT 表示当前输出值，LastOUT表示上一次输出值，式中用了“±”符号，当输出量增加时，使检测值也增加时，采用“-”号，反之，采用“+”号。
PLC在PID控制系统中的应用
1.5.1PLC的基本组成
从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口、电源等。根据物理结构形式的不同，PLC可分为整体式（也称单元式）和组合式（也称模块式）两类，如图1.1、1.2所示。
随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，在冶金、化工、机械等各类工业控制过程中，电加热炉得到了广泛的应用。电加热炉的温度是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。电加热炉由电阻丝加热，温度控制具有非线性、大滞后、大惯性、多变量、时变性、声音单向性等特点。
目前，国内的电加热炉温度控制器大多还停留在国际60年代水平，仍在使用继电-接触器控制。继电-接触器控制是自动化程度非常低的控制策略，对于像电加热炉这样的复杂控制对象，已经不能满足日益发展的工艺技术要求，将逐渐被淘汰。
为适应大规模控制系统的需求，大型PLC向着大容量、高速度、高性能、增加I/O点数的方向发展，主要表现为：增强网络通讯能力、发展只能模块、外部故障诊断功能、编程语言、编程工具标准化、高级化等。
发展小型PLC，其目的是为了占领分散的中小型的工业控制场所。小型PLC向着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展，便于实现机电一体化。
1.3PLC的主要功能和特点
1.PLC的主要功能
PLC在不断的发展，其性能在不断的完善、功能在不断地增强。其主要功能有：
（1）开关量逻辑控制，模拟量控制；（2）定时控制；（3）顺序（步进）控制；（4）数据处理；（5）通信和联网。
2.PLC的特点
PLC是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。主要表现有：
PLC对模拟量的控制
本栏目责任编辑：唐一东人工智能及识别技术Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第31期(2009年11月)PLC 对模拟量的控制黄静，毕波（重庆交通大学应用技术学院，重庆400074）摘要：在工业生产领域中，特别是连续型生产过程中常常需要对电流，电压，温度，压力等物理量进行控制。
用PLC 来控制模拟量可以充分利用PLC 强大的数字与逻辑处理功能，在控制模拟量的同时，还可以进行开关量的控制。
该文着重介绍了如何用PLC 对模拟量进行控制。
关键词：PLC ；模拟量；数字量；转换中图分类号：TP335文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)31-8758-02PLC Analog Volume ControlHUANG Jing,BI Bo(Vocational &Technical College,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China)Abstract:In industrial control field,especially continuous production,we often need gather and control some analog signal,just as current,voltage,temperature,pressure and so on.Control analog quantity by PLC can take full advantage of its powerful date and logic process function,and at the same time it also can control switching value.This article mainly introduces how to process analog signal using PLC.Key words:PLC;analog quantity;digital quantity;conversion为了适应现代工业发展的需要，要求作为工业控制电子设备的PLC 能对这些量进行控制。
PLC在模拟量控制中的应用
模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。
工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。
作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。
为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。
目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。
PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。
它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。
A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC。
D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。
作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。
可读写）交换信息等等特点。
这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。
D/A中的A，多为电压，或电流。
电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA。
有的还可处理正负值的。
这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。
A/D、D/A有单路，也有多路。
多路占的输入输出继电器多。
有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC 并不难。
中、大型PLC处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。
有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。
计算机能算的它几乎都能算。
这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。
控制的单位值可小到212分之一的测量程值，多数也是足够的。
PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。
用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。
这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。
当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。
PLC中PID模块指令的应用
PLC 中PID 模块指令的应用魏 震,贾 青(上海交通大学自动化系,上海200030)摘要: PLC 控制系统最初被应用于对离散量的控制,随着技术的发展和实际工程应用的需求,PLC 控制系统也开始用于对连续变量的控制。
结合实际工程,对PID 模块指令在Allen -Bradley 公司的PLC 产品中的应用,进行阐述说明。
关键词: PID 模块;PLC;可编程逻辑控制器中图分类号:TP27 文献标识码:B 文章编号:1000-3932(2001)03-0019-041 引 言PID 的控制是对连续量的控制,目前它的控制算法仍然是实际工业控制系统中应用的最为广泛的一种控制算法。
为了使PLC 能简单、有效、友好地进行PID 控制,世界上的各大PLC 生产商都引入了PID 控制模块,它以PLC 编程指令中的一种指令模块的形式出现,通过对这个指令模块离线的或在线的进行PID 参数修改,来对被控制的对象实施控制。
笔者在苏州杜邦聚脂有限公司的重油系统改造工程中,即运用了这种基于PLC 系统的PID 控制。
2 系统描述此工程源于对该公司的联苯燃烧系统的改造,原来要燃烧轻油来完成工艺,现改为燃烧重油,这样可以大大降低燃料成本。
在重油进行燃烧之前,由于燃烧器的要求,在燃烧器的入口处所提供的重油必须是有相对稳定的温度和流量。
因此在入口之前就要对重油的温度和流量进行控制。
在对油温进行控制时,为了系统的稳定、经济的运行和简化控制系统的实现,实际系统中对油温实施两级加热,即首先通过一般的油罐底盘蒸汽管的方式,把油温加热到适中的温度;随后把适中温度的重油,送入热交换炉中。
对油的流量的控制则是通过间接的方式,在油进入加热炉前,通过控制重油压力来完成。
整个系统的结构和控制流程如图1所示。
为了介绍的紧凑,此图以及其后介绍中,除PID 控制回路的控制以外,其它诸如对电机和电磁阀的控制,不作指明和详细阐述。
图1 系统结构如图1所示,最初重油运输至1600m 3的大的储油罐,由传输泵送至下一个110m 3的中型油罐。
模拟量的使用和PID调节
模拟量的使用和PID调节程序中硬件的组态：模拟量模块的属性设置这里以输入模块做案例，输出模块和输入模块设置是一样的。
OK程序的编写：在S7-300PLC内，模拟量转换的数值是-27648到+27648-10V到10V对应-27648到276480到10v 对应0到+ 27 ...程序中硬件的组态：模拟量模块的属性设置这里以输入模块做案例，输出模块和输入模块设置是一样的。
OK程序的编写：在S7-300plc内，模拟量转换的数值是-27648到+27648-10V到10V对应-27648到276480到10v 对应0到+ 27648-20mA到20mA对应-27648到276480mA到20mA对应0到276484mA到20mA对应0到27648（没有偏执）温度以实际温度放大10倍处理（有不同的情况，详情看模块手册）名词解释：单极性，指0到27648双极性，指-27648到27648下面对模拟量处理经常使用的两个系统功能SFC105和SFC106进行说明：SFC105的作用是将PLC内部的模拟量（-27648到27648），转化成我们能看懂的具体实际物理量（列如速度，温度，压力，频率等）N：模拟量的反馈值（PQW），就是系统接受到的-27648到27648的值。
HI_LIM：实际物理量的上限标定（最高频率，最高温度，最高压力等）浮点数。
HL_IM：实际物理量的下线标定（最低频率，最低温度，最低压力等）浮点数。
BIPOLAR：极性选择，为“0”的时候是单极性，为“1”的时候是双极性。
RET_VAL:故障代码。
OUT：转换的结果（D），模拟量转换成的实际物理量。
模拟演示：SFC106的作用是将具体实际物理量（列如速度，温度，压力，频率等）转化成PLC内部的模拟量（-27648到27648），IN:实际物理量输入（列如速度，温度，压力，频率等）HI_LIM：实际物理量的上限标定（最高频率，最高温度，最高压力等）浮点数。
PLC的模拟量控制
PLC是一种基于微处理器的工业自动化控制装置，通过编程实现各种逻辑控制、顺序控制、定时控制 等功能。它具有结构简单、编程方便、可靠性高、抗干扰能力强等优点，广泛应用于工业自动化领域 。
PLC的基本结构和工作原理
总结词
PLC的基本结构包括输入输出接口、中央 处理单元、存储器、电源等部分，工作 原理是通过扫描输入状态，执行用户程 序，刷新输出状态来实现控制功能。
感谢您的观看
THANKS
模拟量输出模块
模拟量输出模块用于将PLC的数字信号转换为模拟信 号，以驱动执行机构或其他模拟设备。
常见的模拟量输出模块有电压输出模块、电流输出模 块和电阻输出模块等，根据需要驱动的设备选择相应
的输出模块。
模拟量输出模块具有信号驱动功能，可以提供足够的 电流或电压以驱动设备，同时具有保护功能，防止过
02
模拟量控制基础知识
模拟量的概念和特点
模拟量
在连续时间或空间中变化的物理量， 如温度、压力、速度等。
特点
连续性、非离散性、物理量之间存在 直接关系。
模拟量控制系统的组成
传感器
用于检测被控对象的物理量，并将物理量转换为电信号。
变送器
将传感器输出的电信号转换为标准信号，如4-20mA或0-10V。
PLC的编程语言和编程工具
总结词
PLC的编程语言包括指令表（IL）、梯形图（LD）、结 构化文本（ST）等，常用的编程工具有西门子的TIA Portal、三菱的GX Works等。
详细描述
PLC的编程语言有多种，其中最常用的是指令表（IL） 和梯形图（LD）。指令表是一种类似于计算机汇编语言 的文本编程语言，而梯形图则是一种图形化的编程语言， 易于理解和使用。此外，还有一些结构化文本（ST）等 编程语言可供选择。为了方便编程和调试，许多PLC厂 商都提供了各自的编程工具软件，如西门子的TIA Portal、三菱的GX Works等。这些软件提供了友好的 用户界面和丰富的功能，使得PLC的编程更加简单和高 效。
S7-200PLC模拟量及PID控制的实例
PID Wizard(PID
)
PID
PID PID
8 PID
PID
PID PID
PID
PID
0.0 1.0
PID
PID PID
/
4 PID
“ ”“ /
PID
“\ \PID” ”
PID V
PIDx_INIT(x=0 7) P
Micro/WIN S7-200 CPU Micro/WIN
3 2
PLC
PLC
5000C PLC AQWX
PLC 10V
2300C
PLC
PLC
4
/
1
AIW2
0 10V
VW100
EM231 SW3
DIP
SW1 SW2
ON OFF ON
0 10V
0 32000
0 10V
“
”
VW100
度必
～
0～ 0～ 0～ 0～
～
12
A/D
A/D
16
8 MOV_W
3 4
PLC
2
1 D/A
AQ
AQ S7-200 CPU
W AQW[
AQW2 AQW4
16 ] AQW0
2
2
PLC
10V -10V 0 20mA 7-4
-32000 +32000 0 +32000
度报～ 度慢～ 度情～ 度必～ 度度～ 度0～ 智～ 方～ 操～ 控～ 报～ 慢～ 情～ 必～ 度～ 0～
0～
度必
～
0～ 0～ 0～
PID算法在PLC模拟量闭环控制中的实现
图2 PID 运算子程序流程图
3 PID 控制梯形图子程序的编制
以松下 FP1 为例 , 主程序中用初始化脉冲将调 节器的比例系数 kP 、 调节器的积分时间常数 Ti 、 调 节器的微分时间常数 Td 、 A + B、 B 的值送入 PLC 的 数据寄存器中 ,这些参数随不同的控制对象的要求 而定 。由于中小型 PLC 的高级指令系统中一般不 提供浮点运算 , 如遇到小数可采取先扩大 N 倍 , 最 后计算结果再缩小 N 倍的方法 。预留一定数量的 数据寄存器用于存放各种数据 , 或运算处理的中间 结果等 。每个数据寄存器均为 16 位 。乘法的运算 结果可占用相邻的两个数据寄存器 。
地应用在所有的工业部门 , 本文所提出的方法具有 普遍性 ,取自具体的工程实践 。
图3 PID 控制梯形子程序
参 考 文 献
[1 ] 松下电工株式会社 . 可编程控制器 ( FP 系列 ) FP - MΠ FP1 编程
技术手册 .
[3 ] 朱善君 ,等 . 可编程控制系统原理应用维护 . 北京 : 清华大学出
图1 PLC 模拟量闭环控制系统
PID 控制的理想微分方程为 :
p ( t ) = Kp e ( t ) +
1
Ti
∫
0
n
e ( t ) dt + Td
de ( t ) d ( t)
假设采样周期为 T , 系统开始运行时刻为 t = 0 将上式离散化后得
P ( n) = Kp e ( n ) + Ki
keywordsloopcontrol前言在工业生产过程控制中模拟量的pid比例积分微分调节是常见的一种控制方式这是由于pid调节不需要求出控制系统的数学模型至今为很难求出许多控制对象准确的数学模型对于这一类系统使用pid控制可以取得比较令人满意的效果同时pid调节器又具有典型的结构可以根据被控对象的具体情况采用各种pid的变种有较强的灵活性和适用性plc作为一种新型的工业控制装置在科研大型的可编程序控制器配备过程控制模块可同时对几十路模拟量进行闭环控制但造价昂贵
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。
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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
模拟量输入模块
FX2N常用的模拟量输入模块有FX2N2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模拟量输入模 块和温度传感器输入模块。FX—2AD为2通道 12位A／D转换模块。根据外部连接方法及 PLC指令，可选择电压输入或电流输入，是 一种具有高精确度的输入模块。通过简易的 调整或根据可编程控制器的指令可改变模拟 量输入的范围。瞬时值和设定值等数据的读 出和写入用FROM／TO指令进行。
可编程控制器基本单元与FX2N-4AD之间的数据 通讯是由FROM/TO指令来执行的。FROM是基本 单元从FX2N-4AD读数据的指令。TO是基本单元 将数据写到FX2N-4AD的指令。实际上读写操作 都是对FX2N-4AD的缓冲寄存器BFM的操作。缓 冲区由32个16位的寄存器组成，编号为BFM#0～ #31。FX2N-4AD缓冲器分配见表8-2所示。
程序运行及调试 执行程序，改变CHl和CH2输入电压臣 （0~5V），观察D0、D1中数值的变化，并 制成输入电压与D中数值变化关系对应表， 为今后应用模拟量输入积累经验。 上述过程中，如发现程序运行与控制要求 不符，应仔细分析，找出原因，重新修改， 直到程序运行与控制要求相符为止。
1、FX2N-4AD （1）线路图：
将外部可调电压（0-9.7V）通过A/D模块输入到 PLC中，并通过数码管显示出电压值
（2）梯形图：
模拟量输出模块
FX2N常用的模拟量输出模块有FX2N2DA、FX2N-4DA、FX2N-8DA模拟量输出模 块。FX—2DA为2通道12位D／A转换模块， 是一种具有高精确度的输出模块。通过简易 的调整或根据可编程控制器的指令可改变模 拟量输出的范围。瞬时值和设定值等数据的 读出和写入用FROM／TO指令进行。
编程举例
系统配置 除PLC外，需要增加一个FX2N—4AD和 0~10V模拟量产生电路； I：SA1—X0；两路电压模拟量输入；
程序设计 将FX—4AD模拟量输入模块中的通道 1和通道2的电压值取到D0、Dl内，将模拟 量模块连接到基本单元FX2旁，其特殊功能 模块号为No．0，开通CHl和CH2为电压量 输入通道，计算平均值的取样次数为6次。
编程举例
FX2N-4DA实验 （1）实验内容： ①将PLC内部寄存器中的数值传给4DA模块， 输出0-10V电压。 ②通过编程可以实现阶梯波、锯齿波、三 角波。
Plc在模拟量闭环控制中的应用
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。
PID指令
PID指令是用来调用PID运算程序，在PID运算开始之前，应使用 MOV指令将参数（见表6-3）设定值预先写入对应的数据寄存器 中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。 如果目标操作数[D]有断电保持功能，应使用初始化脉冲M8002 的常开触点将其复位。
PID参数调节
m2的含义：特殊功能模块中缓冲寄存器的首元件号。
X10=ON时，将编号m1的特殊功能模块内的编号为 m2开始的n个缓冲寄存器BFM的数据读入到PLC，并存 到[D]开始的n个数据寄存器中。X20为ON时，将PLC 基本单元的从[S]指定的由D0开始的n个字的数据写 到编号为m1的特殊功能模块中编号为m2开始的n个缓 From k0 k5 d0 k2 冲寄存器中。
*#23 *#24 #25-28 #29 #30 #31
通道4 通道1 当前值 通道2 通道3 通道4 保留 复位到缺省设定值 缺省值为0 禁止调整偏移、增益值，缺省值为0（1为允许调整） b7 b6 b5 偏移、增益调整 G4 O4 G3 偏移量 缺省值为0 增益值 缺省值为5000 保留 错误状态 识别码K2010 禁用
梯形图
当X0为ON，先用FROM指令从模拟量输入 模块的缓冲存储器BFM中取得其识别码，若为 20l0，表明是FX—4AD，则可开始取值操作。先 使通道初始化，用TO指令将H3300送到BFM的#0 寄存器(规定四位十六进制数分别表示：0为— 10~+10V、1为+4~+20mA、2为—20~+20mA、3 为关闭通道)；最高位数决定通道4，最低位数决 定通道1，设置通道输入为电压量；平均值取样次 数6次。再用FROM指令取得缓冲存储器状态数据， 以示判别。当模拟量输入模块无错，则将两路模 拟量分别存入D0和D1中。
［S3］+ 2
输入滤波常数（L）
对反馈量的一阶惯性 数字滤波环节
［S3］+ 3 ［S3］+ 4 ［S3］+ 5 ［S3］+ 6
比例增益（K p） 积分时间（T I） 微分增益 (K D) 微分时间（T D）
1~32767（%） 0~32767（×100ms） 0~100（%） 0~32767（×10ms） 0为无微分 0与∝作同样处理
FX2N-4AD的线路连线
FX2N-4AD 模拟量输入与输出的关系
模拟量模块使用
确定模块的编号
缓冲寄存器（BFM）分配 知识点 编程举例
确定模块的编号
在FX系列可编程控制器基本单元的右侧，可以连接最多8 块特殊功能模块，它们的编号从最靠近基本单元的那一个开 始顺次编为0～7号。如图:该配置使用FX2N48点基本单元， 连接FX-4AD、FX-4DA、FX-2AD 3块模拟量模块，它们的 编号分别为0、1、2号。这3块模块不影响右边2块扩展的编 号，但会影响到总的输入输出点数。3块模拟量模块共占用 24点，那么基本单元和扩展的总输入输出点数只能有232点。
FX2N-4AD缓冲寄存器BFM
FX-4AD模块BFM的分配表
BFM *#0 *#1 *#2 *#3 *#4 #5 #6 #7 内容 通道初始化 缺省设定值为H0000 通道1 平均值取样次数 缺省值为8 通道2 通道3 通道4 通道1 平均值 通道2 通道3
#8 #9 #10 #11 #12 #13-19 *#20 *#21 *#22
FX2N-4DA的线路连线
FX2N-4DA的模拟量输入与输出的关系
FX2N-4DA缓冲寄存器BFM
可编程控制器基本单元与FX2N-4DA之 间的数据通讯也是由FROM/TO指令来执行 的。读写操作是对FX2N-4DA的缓冲寄存器 BFM进行操作的，缓冲器区由32个16位的 寄存器组成，编号为BFM﹟0～﹟31。
PID指令可以同时多次使用，但是用于运算的[S3]、 [D]的数据寄存器元件号不能重复。 PID指令可以在定时中断、子程序、步进指令 和转移指令内使用，但是应将［S3］＋7清零 （采用脉冲执行的MOV指令）之后才能使用。 控制参数的设定和 PID运算中的数据出现错误 时，“运算错误”标志M8067为 ON，错误代码 存放在D8067中。 PID指令采用增量式PID算法，控制算法中还综 合使用了反馈量一阶惯性数字滤波、不完全微分 和反馈量微分等措施，使该指令比普通的PID算 法具有更好的控制效果。
3. FX2N的PID指令
PID指令的编号为FNC88，如图6-36所示源 操作数［S1］、［S2］、[S3]和目标操作 数[D]均为数据寄存器D，16位指令，占9个 程序步。［S1］和［S2］分别用来存放给 定值SV和当前测量到的反馈值PV，［S3］ ~[S3]＋6用来存放控制参数的值，运算结果 MV存放在［D］中。源操作数［S3］占用 从［S3］开始的25个数据寄存器。