第6章PLC模擬量處理功能

1、PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能學習內(nèi)容 S7-200系列PLC模擬量模塊 模擬量數(shù)據(jù)的處理 模擬量PID調(diào)節(jié)功能 PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能學習目標: 1.理解各種模擬量輸入輸出模塊的使用方法及模擬量數(shù)據(jù)在PLC程序中的處理方法； 2.理解PID調(diào)節(jié)指令的格式及功能，會編寫PID參數(shù)表的初始化程序。 3.能使用模擬量輸入輸出模塊組成PLC模擬量控制系統(tǒng)，并能根據(jù)工藝要求設(shè)置模塊參數(shù)、編寫控制程序。PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“

2、十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.1 S7-2006.1 S7-200系列系列PLCPLC模擬量模擬量I/OI/O模塊模塊 S7-200系列PLC模擬量I/O模塊主要有EM231模擬量4路輸入、EM232模擬量2路輸出和EM235模擬量4輸入/1輸出混合模塊三種，另還有專門用于溫度控制的EM231模擬量輸入熱電偶模塊和EM231模擬量輸入熱電阻模塊。PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能放大器增益調(diào)節(jié)器緩存器輸入濾波器圖6-1 EM231模擬量輸入模塊輸入回路框圖

3、A/D轉(zhuǎn)換器A+RAA-B+RBB-C+RCC-D+RDD-多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（1）EM231模擬量輸入模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)格式PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能MSB LSB15141312111098765432100數(shù)據(jù)值12位000單極性數(shù)據(jù)格式單極性數(shù)據(jù)格式MSB LSB1514131211109876543210數(shù)據(jù)值12位0000雙極性數(shù)據(jù)格式雙極性數(shù)據(jù)格式圖6-2 模擬量輸入數(shù)據(jù)的數(shù)字量格式（1）EM231模擬量輸入模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)格式PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育

4、機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能（2）EM231模擬量輸入模塊的性能EM231模擬量輸入模塊的性能主要有以下幾項，使用時要特別注意輸入信號的規(guī)格，不得超出其使用極限值：數(shù)據(jù)格式 對單極性為-32000+32000，對雙極性為032000輸入阻抗 大于等于10M最大輸入電壓 30VDC最大輸入電流 32mA分辨率 最小滿量程電壓輸入時，為1.25mV；電流輸入時為5A輸入類型 差分輸入型輸入電壓電流范圍輸入電壓范圍：對單極性為05V或010V對雙極性為5V或2.5V輸入電流范圍：020mA模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時間 小于250sPLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等

5、職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)置開關(guān)的作用單極性滿量程輸入分辨率雙極型滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON010V2.5mVSW1SW2SW3ONOFF05V1.25mVOFFOFFON+/-5V2.5mV020mA5AONOFF+/-2.5V1.25mV（3）EM231模擬量輸入模塊輸入信號的整定PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能電流發(fā)送器電壓發(fā)送器未用端子配置開關(guān)增益沒有使用24VDC電源和公共端圖6-3 EM231模擬量輸入模塊端子及DIP開

6、關(guān)示意圖固定端子塊 增益DIP設(shè)定開關(guān)開關(guān)PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能輸入信號進行整定，輸入信號的調(diào)整步驟如下：在模塊脫離電源的條件下，通過DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍；接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘；用一個電壓源或電流源，給模塊輸入一個零值信號；讀取模擬量輸入寄存器AIW相應(yīng)地址中的值，獲得偏移誤差（輸入為0時，模擬量模塊產(chǎn)生的數(shù)字量偏差值），該誤差在該模塊中無法得到校正；圖6-4 EM231轉(zhuǎn)換曲線偏置誤差32000010V將一個工程量的最大值加到模塊輸入端，調(diào)節(jié)增益電位器，直到讀數(shù)為3200

7、0，或所需要的數(shù)值。PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入電壓范圍為010V的模擬量信號，則對應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為032000或所需要數(shù)字，其關(guān)系如圖6-4所示。圖6-4 EM231轉(zhuǎn)換曲線偏置誤差32000010VPLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能2EM231熱電偶模塊及熱電阻模塊熱電偶模塊及熱電阻模塊 EM231熱電偶模塊是專門用于對熱電偶輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)換的智能模塊。它可以連接7種類型的熱電偶（J，K，E，N，S

8、，T和R），還可用于測量0到+/-80mV范圍的低電平模擬信號。其接線端子示意圖如圖6-5所示。 EM231熱電阻模塊是專門用于將熱電阻信號轉(zhuǎn)為數(shù)字量信號的智能模塊，它可以連接四種類型的熱電阻（Pt，Cu，Ni和電阻）。其接線端子示意圖如圖6-6所示。PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能圖6-5 熱電偶輸入模塊端子示意圖PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能圖6-6 熱電阻輸入模塊端子示意圖PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高

9、等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能表表6-2 熱電偶類型選擇熱電偶類型選擇熱電偶類型SW1SW2SW3熱電偶類型SW1SW2SW3J000R100K001S101T010N110E011+/-80mV111表表6-3 EM231熱電偶模塊熱電偶模塊DIP開關(guān)的其它項設(shè)置開關(guān)的其它項設(shè)置DIP開關(guān)狀態(tài)作用項目名稱DIP開關(guān)狀態(tài)作用項目名稱SW51負向標定+3276.7傳感器熔斷方向的檢測SW71華氏溫度測量溫度測量單位的選擇0正向標定-3276.70攝氏溫度測量SW61禁止斷線檢測電流導線斷線檢測的選擇SW81冷端補償禁止冷端補償?shù)倪x擇0啟動斷線檢測電流0冷端補償啟用

10、PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.1.2 6.1.2 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊1. EM232模擬量輸出模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)格式模擬量輸出模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)格式電壓-電流轉(zhuǎn)換器電壓輸出緩沖器數(shù)-模轉(zhuǎn)換器D/A電流輸出電壓輸出圖6-7 EM232模擬量輸出模塊外部接線圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能在16位模擬量輸出寄存器AQW中的數(shù)字量其有效位為12位，格式如圖6-8所示。數(shù)據(jù)的最高有效位是符號位，最低4位在轉(zhuǎn)

11、換為模擬量輸出值時，將自動屏弊。MSB LSB151413121110987 65432100數(shù)據(jù)值11位0000電流輸出數(shù)據(jù)格式MSB LSB1514131211109876543210數(shù)據(jù)值12位0000電壓輸出的數(shù)據(jù)格式PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能2. EM232模擬量輸出模塊的輸出性能模擬量輸出模塊的輸出性能表表6-4 EM232模擬量輸出模塊的輸出性能模擬量輸出模塊的輸出性能項 目信號范圍分辨率數(shù)據(jù)字格式精度典型250C最大驅(qū)動電壓輸出+/-10V12位-32000+32000滿量程的0.5%最小5

12、000電流輸出020mA11位0+32000滿量程的0.5%最大500PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.1.3 EM2356.1.3 EM235模擬量輸入輸出混合模塊模擬量輸入輸出混合模塊圖6-9 EM235輸入輸出混合模塊端子、DIP設(shè)置開關(guān)及校準電位器示意圖PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能1. EM235模擬量輸入輸出模塊的輸入輸出特性模擬量輸入輸出模塊的輸入輸出特性 EM235模擬量輸入輸出模塊的輸入回路與EM231模擬量輸

13、入模塊的輸入回路稍有不同，它增加了一個偏置電壓調(diào)整回路，通過調(diào)節(jié)輸出接線端子右側(cè)的偏置電位器（如圖6-9所示）可以消除偏置誤差，其輸入特性較EM231模塊的輸入特性，其不同之處主要表現(xiàn)在可供選擇的輸入信號范圍更加細致，以便適應(yīng)其更加廣泛的場合。EM235模塊的輸出特性同EM232模塊，此處不再秉述。PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能2. EM235模擬量輸入輸出模塊的使用模擬量輸入輸出模塊的使用EM235模擬量輸入輸出混合模塊輸入信號整定的步驟：在模塊脫離電源的條件下，通過DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍（見表6-5）

14、。接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘。用一個電壓源或電流源，給模塊輸入一個零值信號。調(diào)節(jié)偏置電位器，使模擬量輸入寄存器的讀數(shù)為零或所需要的數(shù)值。將一個滿刻度的信號加到模塊輸入端，調(diào)節(jié)增益電位器，直到讀數(shù)為32000，或所需要的數(shù)值。經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入最大值為010V的模擬量信號，則對應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為32000或所需數(shù)字，其關(guān)系如圖6-10所示。PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能圖6-10 EM235轉(zhuǎn)換曲線32000010V模擬量輸入值數(shù)字量輸出值PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職

15、業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.2.1 模擬量輸入信號的整定 模擬量輸入信號的整定需要考慮以下問題： 模擬量輸入值的數(shù)字表示方法模擬量輸入值的數(shù)字量表示范圍 過程量的最大變化范圍 6.2 模擬量數(shù)據(jù)的處理 系統(tǒng)偏移量的修正 標準化問題 線性化問題 PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能模擬輸入量的轉(zhuǎn)換及標準化 XORD AC0，AC0 /清累加器AC0 MOVW AIW0，AC0 /讀模擬量存入AC0 LDW= AC0，0 /若模擬量為正 JMP K0 /則轉(zhuǎn)到標號為K0的程序段進 行直接

16、轉(zhuǎn)換 NOT /否則(即模擬量為負) ORD 16#FFFF0000，AC0 /AC0中的符號處理 LBL K0 DTR AC0，AC0 /將32位整數(shù)格式轉(zhuǎn)換為實數(shù)格式 /R 64000.0，AC0 /將AC0中的值標準化 +R 05，AC0 /將所得結(jié)果轉(zhuǎn)移到范圍0.0，1.0 MOVR AC0，VDl00 /將標準化結(jié)果存入PID運算數(shù)據(jù) 存儲區(qū)PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能數(shù)字量信號的濾波方法 工程上的數(shù)字濾波方法有： 平均值濾波：算術(shù)平均值濾波的效果與采樣次數(shù)有關(guān)，采樣次數(shù)越多效果越好。但這種濾波方法

17、對于強干擾的抑制作用不大 去極值平均濾波：可有效地消除明顯的干擾信號，消除的方法是對多次采樣值進行累加后，找出最大值和最小值，然后從累加和中減去最大值和最小值，再進行平均值濾波。 慣性濾波：逐次修正，它類似于較大慣性的低通濾波功能。 PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.2.2 模擬量輸出信號的整定 在模擬量輸出信號整定過程中，需考慮模擬量信號的最大范圍、DA轉(zhuǎn)換器可容納的最大位值以及系統(tǒng)的偏移量值等因素。 模擬量的輸出整定過程是一個線性處理過程。各輸出量的位值，由輸出的實際控制量范圍與最大數(shù)字量位值的關(guān)系確定。P

18、LC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能 在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，PID控制器的作用就是通過調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由給定量(SP，希望值)與過程變量(PV，實際值)之差來確定。6.3 模擬量PID調(diào)節(jié)功能 PID系統(tǒng)的組成PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.3.1 PID算法算法 1連續(xù)系統(tǒng)的連續(xù)系統(tǒng)的PID算法算法 dttdeTKMdtteTKcteKtYDCinitialtIC)()(1)(0 Y(t):回路控制算法的輸出回路控制算法的輸出

19、(為時間的函數(shù)為時間的函數(shù))； KC:回路增益；回路增益； e(t):誤差誤差(給定值與過程變量之差給定值與過程變量之差)； Minitial:回路控制算法輸出的初始值回路控制算法輸出的初始值; TI :積分時間常數(shù)；就是積分項的輸出量每增加與比例項輸出積分時間常數(shù)；就是積分項的輸出量每增加與比例項輸出量相等的值所需要的時間。量相等的值所需要的時間。 TD :微分時間常數(shù)；就是對于相同的輸出調(diào)節(jié)量，微分項超微分時間常數(shù)；就是對于相同的輸出調(diào)節(jié)量，微分項超前于比例項響應(yīng)的時間。前于比例項響應(yīng)的時間。 PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 P

20、LC模擬量控制功能6.3.1 PID算法算法3離散系統(tǒng)的離散系統(tǒng)的PID算法算法 Yn為在采樣時刻為在采樣時刻n計算出的回路控制輸出值；計算出的回路控制輸出值； SPn為在采樣時刻為在采樣時刻n的給定值；的給定值； PVn為在采樣時刻為在采樣時刻n的過程變量值。的過程變量值。 PVn-1為在采樣時刻為在采樣時刻n-1的過程變量值。的過程變量值。 T為采樣周期；為采樣周期； YX為在采樣時刻為在采樣時刻n-1的積分項的積分項(也稱為積分和也稱為積分和) )()(11nnDCinitialniiICnCneeTTKYeTTKeKY=1()()()DCnnCnnCnnITTKSPPVKSPPVYXK

21、PVPVTTPLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.3.1 PID算法算法 4參數(shù)確定參數(shù)確定 1）采樣周期T的確定 2）KC，TI，TD的確定的確定 (1)由系統(tǒng)開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線確定由系統(tǒng)開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線確定Kc、t和和T； (2)計算系統(tǒng)響應(yīng)率計算系統(tǒng)響應(yīng)率 RKc/T-t； (3)若只采用比例環(huán)節(jié)，則取若只采用比例環(huán)節(jié)，則取 Kc=T/R.t； (4)若只取若只取PI環(huán)節(jié)環(huán)節(jié),則取則取 Kc=0.9/R.t ，KI=0.27 Kc/R.t2； (5)若采用若采用PID,則取則取Kc=(1.22)/R.t

22、，KI0.5Kc/t，KD=0.5Kct。 =PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能6.3.2 PID回路回路(PID Control Loop)指令指令 1指令格式 LOOP為回路號，可在0-7范圍選?。籘BL為回路表的起始地址，指定PID運算的有關(guān)參數(shù)，可尋址的地址為VB。 2指令功能指令功能 PID回路控制指令利用以TBL為起始地址的回路表中提供的回路參數(shù)，進行PID運算。 PIDENTBLLOOPTBL，LOOPPIDPLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章

23、PLC模擬量控制功能3回路表回路表 偏移地址(VB)變量名數(shù)據(jù)格式輸入/輸出類型取值范圍0反饋量(PVn)雙字實數(shù)輸入在00、10之間4給定值(SPn)雙字實數(shù)輸入在0010之間8輸出值(Yn)雙字實數(shù)輸入/輸出在0010之間12增益(KC)雙字實數(shù)輸入比例常數(shù)，可正可負16采樣時間(T)雙字實數(shù)輸入單位為秒，是正數(shù)20積分時間(TI)雙字實數(shù)輸入單位為分鐘，是正數(shù)24微分時間(TD)雙字實數(shù)輸入單位為分鐘，是正數(shù)28積分和或稱積分項前值(YX)雙字實數(shù)輸入/輸出在0010之間32反饋量前值(PVn-1)雙字實數(shù)輸入/輸出最后一次執(zhí)行PID指令的過程變量值PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材 第6章 PLC模擬量控制功能 4控制方式及特殊操作 ： 設(shè)有手動、自動切換機制，自動方式是指周期性的執(zhí)行PID運算的方式；而手動方式則是指不執(zhí)行PID運算的情況。為了保證由手動方式向自動方式的切換沒有沖擊，須將手動方式中設(shè)定的輸出值作為PID指令的一個輸入寫入到控制參數(shù)表中的Yn 值中，然后才可切換到自動方式。 二二PID回路控制指令應(yīng)用回路控制指令應(yīng)用 =PLC應(yīng)用技術(shù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等職業(yè)技術(shù)教育機電類