S7-300程序設計方法(模擬量控制)課件

第7章S7-300程序設計方法

（模擬量控制）第7章S7-300程序設計方法

（模擬量控制）7.1S7-300的程序結構7.2系統(tǒng)設計的原則7.3系統(tǒng)設計的內容7.4程序設計的方法與過程7.5開關量控制系統(tǒng)的設計7.6關于模擬量I/O模塊7.7模擬量控制系統(tǒng)的設計7.8關于乒乓控制7.9關于PID控制7.1S7-300的程序結構

7.6關于模擬量I/O模塊

生產過程物理量標準的模擬信號傳感器變送器?壓力?

溫度?

流量?

速度?

pH值?

粘性?

等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模擬量輸出模塊MR模塊ADC結果存儲器PIW...PIW...:::PIW...模擬量輸入模塊CPU::::::LPIW304TPQW320:模擬執(zhí)行器

物理量......................................量程卡

7.6關于模擬量I/O模塊

生產過程物理量標準的模擬1量程卡1量程卡2S7-300模擬量模塊的尋址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(發(fā)送)槽口號 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430機架1R0電源模塊IM(接收)

電源模塊CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638機架2IM(接收)

電源模塊機架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

電源模塊2S7-300模擬量模塊的尋址IM256336352363模擬量模塊SM335(輸入)3模擬量模塊SM335(輸入)4模擬模塊SM335(輸出)4模擬模塊SM335(輸出)5模擬輸入模塊SM3315模擬輸入模塊SM3316模擬量的表達方式和測量值的分辨率20212223242526272829210211212213214VZ16進制.位值十進制0123456789101112131415位的序號單位位的分辨率+符號111***************15*=0或18000000001128********8402010840000000000000000000002164132116181412*********************************************************************910111213146模擬量的表達方式和測量值的分辨率202122232427在不同測量范圍下模擬量的表達方式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限測量范圍±10V電壓例如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

:-7.5-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76單位3276732511:

276492764820736

:-20736-27648-27649:

-32512-32768測量范圍4..20mA電流例如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845單位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768測量范圍-200...+850oC溫度例如

Pt100單位3276710000:

85018500:

::-2000-2001:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1測量范圍0...300Ohm電阻例如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允許負值單位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-48647在不同測量范圍下模擬量的表達方式范圍超上限超上界額定范圍8模擬輸入量的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC105)500,00,00276488模擬輸入量的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC105)59模擬量輸出的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC106)2764800,0100,09模擬量輸出的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC106)210模擬輸出量的表達形式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限單位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

輸出范圍：電壓011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00輸出范圍：

電流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

0010模擬輸出量的表達形式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下11配置模擬量模塊SM33511配置模擬量模塊SM33512

配置模擬量模塊SM33112配置模擬量模塊SM33113結構化的極限監(jiān)視功能(可隨模塊帶的軟件塊FB120)FB120ACTVHLLLHYSQHQLLIMIT模擬變量的實際值HLLLHYSHYSQHQLt功能

符號LO_LIMHI_LIM13結構化的極限監(jiān)視功能(可隨模塊帶的軟件塊FB1207.7模擬量控制系統(tǒng)的設計1.關于模擬量控制系統(tǒng)模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號為模擬量的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。閉環(huán)控制根據(jù)其設定值的不同，又可分為調節(jié)系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)兩種。調節(jié)系統(tǒng)的設定值是由控制系統(tǒng)的控制器給出，控制器的作用就是使反饋值向給定值靠近，以反饋值對設定值的偏差最小為目的。隨動系統(tǒng)的設定值是由被控制對象給出的，控制器的作用就是使控制目標不斷地向被控對象靠近。各種跟蹤系統(tǒng)都是隨動系統(tǒng)。

模擬量控制系統(tǒng)設計中應該注意抗干擾問題。解決干擾的辦法有4個。其一是接地問題。這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。這里所說的接地就是接大地。其二是模擬信號線的屏蔽向題，屏蔽線的始端和終端都要接地。信號線的屏蔽是防止干擾的重要措施。其三是對某些高頻信號要解決匹配問題。如果不匹配很容易在信號傳送中引進干擾，使信息失真。其四是對信號進行濾波。7.7模擬量控制系統(tǒng)的設計2.模擬量控制系統(tǒng)設計舉例

（1）攪拌控制系統(tǒng)線性程序設計（S7-PRO111）?初始狀態(tài)及操作工藝

…?硬件設計

…?軟件系統(tǒng)結構2.模擬量控制系統(tǒng)設計舉例?OB1塊?OB1塊OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)?OB100塊?OB100塊?系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF?系統(tǒng)仿真（3）結構化軟件設計（S7-PRO112）?系統(tǒng)結構?OB1塊（3）結構化軟件設計（S7-PRO112）?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?FB1?FC1?FB1?FC2?FC2?OB100?OB100?DB1?DB2?DB1?系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF?系統(tǒng)仿真7.8關于乒乓控制1乒乓控制算法2乒乓控制算法的實現(xiàn)（S7_PRO113）?FC1塊7.8關于乒乓控制FC1續(xù)FC1續(xù)?DB1塊?OB1塊?DB1塊?仿真檢測值小于低限，輸出為ON。檢測值大于低限，輸出為OFF。?仿真檢測值小于低限，輸出為ON。7.9關于PID控制1閉環(huán)PID控制

PID控制器管理輸出數(shù)值，以便將偏差(e)為零，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值（SP）和過程變量（PV）的差。

7.9關于PID控制2PID算法

PID控制原則以下列公式為基礎，其中將輸出M(t)表示成比例項、積分項和微分項的函數(shù)：

其中

M(t)為PID運算的輸出，是時間的函數(shù)

Kp為

PID回路的比例系數(shù)

Ki為

PID回路的積分系數(shù)

Kd為PID回路的微分系數(shù)

e為PID回路的偏差（給定值和過程變量之差）

Minital為PID回路輸出的初始值2PID算法

為了在數(shù)字計算機內運行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)化成為偏差值的間斷采樣。數(shù)字計算機使用下列相應公式為基礎的離散化PID運算模型。

其中:Mn

為采樣時刻n的PID運算輸出值

Kp為

PID回路的比例系數(shù)

Ki為

PID回路的積分系數(shù)

Kd為PID回路的微分系數(shù)

en為采樣時刻n的PID回路的偏差

en-1為采樣時刻n-1的PID回路的偏差

el

為采樣時刻l的PID回路的偏差

Minital為PID回路輸出的初始值為了在數(shù)字計算機內運行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)化成為偏

在此公式中，第一項叫做比例項，第二項由兩項的和構成，叫積分項，最后一項叫微分項。比例項是當前采樣的函數(shù)，積分項是從第一采樣至當前采樣的函數(shù)，微分項是當前采樣及前一采樣的函數(shù)。在數(shù)字計算機內，這里既不可能也沒有必要存儲全部偏差項的采樣。因為從第一采樣開始，每次對偏差采樣時都必須計算其輸出數(shù)值，因此，只需要存儲前一次的偏差值及前一次的積分項數(shù)值。利用計算機處理的重復性，可對上述計算公式進行簡化。簡化后的公式為：其中:Mn

為采樣時刻n的PID運算輸出值

Kp為

PID回路的比例系數(shù)

Ki為

PID回路的積分系數(shù)

Kd為PID回路的微分系數(shù)

en為采樣時刻n的PID回路的偏差

en-1為采樣時刻n-1的PID回路的偏差

MX

為積分項前值在此公式中，第一項叫做比例項，第二項由兩項的和構成，叫積?

計算回路輸出值

CPU實際使用對上述簡化公式略微修改的格式。修改后的公式為：

其中:Mn

為采樣時刻n的回路輸出計算值

MPn為采樣時刻n的回路輸出比例項

MIn為采樣時刻n的回路輸出積分項

MDn為采樣時刻n的回路輸出微分項?

比例項比例項MP是PID回路的比例系數(shù)(Kp)及偏差(e)的乘積，為了方便計算取Kp=Kc。CPU采用的計算比例項的公式為：

其中:MPn

為采樣時刻n的輸出比例項的值

Kc

為回路的增益

SPn

為采樣時刻n的設定值

PVn

為采樣時刻n的過程變量值?計算回路輸出值?

積分項積分項MI與偏差和成比例。為了方便計算取。CPU采用的積分項公式為：

其中:MIn為

采用時刻n的輸出積分項的值

Kc為回路的增益

Ts

為采樣的時間間隔

Ti

為積分時間

SPn

為采樣時刻n的設定值

PVn

為采樣時刻n的過程變量值

MX為采樣時刻n-1的積分項(又稱為積分前項)

積分項(MX)是積分項全部先前數(shù)值的和。每次計算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被調整或被限定。MX的初值通常在第一次計算出輸出之前被置為Minitai（初值）。其它幾個常量也是積分項的一部分，如增益、采樣時刻

(PID循環(huán)重新計算輸出數(shù)值的循環(huán)時間)、以及積分時間(用于控制積分項對輸出計算影響的時間)。

?積分項?

微分項微分項MD與偏差的改變成比例，方便計算取

。

計算微分項的公式為：

為了避免步驟改變或由于對設定值求導而帶來的輸出變化，對此公式進行修改，假定設定值為常量(SPn=SPn-1)，因此將計算過程變量的改變，而不計算偏差的改變，計算公式可以改進為：

其中：

MDn為

采用時刻n的輸出微分項的值

Kc為回路的增益

Ts

為采樣的時間間隔

Td

為微分時間

SPn

為采樣時刻n的設定值

SPn-1

為采樣時刻n-1的設定值

PVn

為采樣時刻n的過程變量值

PVn-1

為采樣時刻n-1的過程變量值?微分項?

回路控制的選擇如果不需要積分運算(即在PID計算中不需要積分運算)，則應將積分時間(Ti)指定為無限大，由于積分和MX的初始值，即使沒有積分運算，積分項的數(shù)值也可能不為零。這時積分系數(shù)Ki=0.0如果不需要求導運算(即在PID計算中不需要微分運算)，則應將求導時間(Td)指定為零。這時微分系數(shù)Kd=0.0如果不需要比例運算(即在PID計算中不需要比例運算)，而需要積分(I)或積分微分(ID)控制，則應將回路增益數(shù)值(Kc)指定為0.0，這時比例系數(shù)Kp=0.0。因為回路增益(Kc)是計算積分及微分項公式內的系數(shù)，將回路增益設定為0.0，將影響積分及微分項的計算。因而，當回路增益取為0.0時，在PID算法中，系統(tǒng)自動地把在積分和微分運算中的回路增益取為1.0，此時

?回路控制的選擇3PID算法的實現(xiàn)?運算框圖3PID算法的實現(xiàn)?

PID控制軟件（S7_Pro4）

OB1?PID控制軟件（S7_Pro4）OB35OB35FB1FB1FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)DB2DB2仿真：觀察過程量PIW256的變化，PID輸出控制PQW350的改變仿真：觀察過程量PIW256的變化，PID輸出控制P4PID控制模塊（1）PID模塊的工作原理4PID控制模塊（2）PID模塊?

FM355：4路閉環(huán)控制模塊內含：4AI+8DI+4DI（2）PID模塊FM355（續(xù)）：輸入地址PIW256-257輸出地址PQW256-257FM355（續(xù)）：FM355（續(xù)）：基本參數(shù)有無中斷中斷類型工作方式FM355（續(xù)）：（3）PID參數(shù)?比例項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功能

P_SELBOOLTRUE比例項使能控制

GAINREAL2.0放大倍數(shù)?積分項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功能

I_SELBOOLTRUE積分項使能控制

TITIMET#20S積分時間

INT_HOLDBOOLFALSE積分輸出保持控制

I_ITL_ONBOOL-積分輸出再輸入允許

I_ITLVALREAL0.0積分初值?微分項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功能

D_SELBOOLTRUE微分項使能控制

TDTIMET#10S微分時間

TM_LAGTIMET#2S微分滯后時間?過程參數(shù)…

…

…

（3）PID參數(shù)（4）模板初始化功能（SFC塊）?SFC50：名稱功能

WR_PARM將動態(tài)參數(shù)寫入模板?SFC56：名稱功能

WR_DPARM將預定參數(shù)寫入模板?SFC57：名稱功能

PARM_MOD賦模板的參數(shù)?SFC58名稱功能

WR_REC寫模板專用的數(shù)據(jù)記錄?SFC59名稱功能

RD_REC讀模板專用的數(shù)據(jù)記錄（5）模板初始化功能的調用例：調用SFC50CALL"RD_LGADR“

…

‘SFC50的形參（4）模板初始化功能（SFC塊）（6）利用PID模塊設計的過程（6）利用PID模塊設計的過程5閉環(huán)控制系統(tǒng)功能塊?系統(tǒng)功能塊SFB41 用于連續(xù)控制SFB42 用于步進控制SFB43 用于脈沖寬度控制?SFB41~SFB43的調用 指令樹?LIBRARY?STANDARDLIBRARY? SYSTEMFUNCTIONBLOCKS?6閉環(huán)控制軟件包?功能塊

FB41 ?FB42?FB43與SF41?SF42?SF43兼容，用于PID控制。?FB41~FB43的調用

…?STANDARDLIBRARY?PIDCONTROLBLOCKS?5閉環(huán)控制系統(tǒng)功能塊?SFB41(連續(xù)控制）的輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值CON_RETBOOL0.0完全重新啟動，為1小時執(zhí)行初始化FALSECYCLETIME2采樣時間，20MST#1SSP_INTREAL6內部設定值，100或物理值0.0PV_INREAL10過程變量輸入0.0PVPER_ONBOOL0.2使用外圍設備輸入過程變量FALSEPV_PERWORD14外圍設備輸入的過程變量值16#0000PV_FACREAL48輸入的過程變量系數(shù)1.0PV_OFFREAL52輸入過程變量的偏移量0.0DEABD_WREAL36死區(qū)寬度，0.0或物理值0.0GAINREAL20比例增益2.0TITIME24積分時間，CYCLE

T#20STDTIME28微分時間T#10STM_LAGTIME32微分操作的延遲時間T#2S?SFB41(連續(xù)控制）的輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說?SFB41(連續(xù)控制）的輸入?yún)?shù)（續(xù)）參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值P_SELBOOL0.3打開比例操作TRUEI_SELBOOL0.4打開積分操作TRUED_SELBOOL0.7打開微分操作TRUEI_ITLVALREAL64積分初值0.0I_ITL_ONBOOL0.6積分初化，為1時用I_ITLVALFALSEINT_HOLDBOOL0.5積分操作保持，為1時積分輸出保持FALSEDISVREAL68擾動輸入變量0.0MAN_ONBOOL0.1使手動值被置為操作值TRUEMANREAL16操作員輸入的手動值，100或物理值0.0LMN_HLMREAL40輸出上限，LMN_LLM~100%或物理值100.0LMN_LLMREAL44輸出下限，-100%~LMN_HLM或物理值0.0LMN_FACREAL56控制器輸出量的系數(shù)1.0LMN_OFFREAL60控制器輸出量的偏移值0.0?SFB41(連續(xù)控制）的輸入?yún)?shù)（續(xù)）參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型?SFB41(連續(xù)控制）的輸出參數(shù)具體控制時，需要把上述參數(shù)輸入相應的數(shù)據(jù)塊。?

連續(xù)控制軟件包（FB41）的參數(shù)，也與上述參數(shù)相同。參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說明默認值PVREAL0.7格式化的過程變量輸出0.0ERREAL64死區(qū)處理后的誤差輸出0.0LMN_PREAL0.6控制器輸出值中的比例輸出0.0LMN_IREAL0.5控制器輸出值中的積分輸出0.0LMN_DREAL68控制器輸出值中的微分輸出0.0QLMN_HLMBOOL40控制器輸出超過上限FALSEQLMN_LLMBOOL44控制器輸出小于下限FALSELMNREAL56控制器輸出值0.0LMN_PERWORD60I/O，O/I格式的控制器輸出值16#0000?SFB41(連續(xù)控制）的輸出參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型地址說第7章S7-300程序設計方法

（模擬量控制）第7章S7-300程序設計方法

（模擬量控制）7.1S7-300的程序結構7.2系統(tǒng)設計的原則7.3系統(tǒng)設計的內容7.4程序設計的方法與過程7.5開關量控制系統(tǒng)的設計7.6關于模擬量I/O模塊7.7模擬量控制系統(tǒng)的設計7.8關于乒乓控制7.9關于PID控制7.1S7-300的程序結構

7.6關于模擬量I/O模塊

生產過程物理量標準的模擬信號傳感器變送器?壓力?

溫度?

流量?

速度?

pH值?

粘性?

等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模擬量輸出模塊MR模塊ADC結果存儲器PIW...PIW...:::PIW...模擬量輸入模塊CPU::::::LPIW304TPQW320:模擬執(zhí)行器

物理量......................................量程卡

7.6關于模擬量I/O模塊

生產過程物理量標準的模擬1量程卡1量程卡2S7-300模擬量模塊的尋址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(發(fā)送)槽口號 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430機架1R0電源模塊IM(接收)

電源模塊CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638機架2IM(接收)

電源模塊機架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

電源模塊2S7-300模擬量模塊的尋址IM256336352363模擬量模塊SM335(輸入)3模擬量模塊SM335(輸入)4模擬模塊SM335(輸出)4模擬模塊SM335(輸出)5模擬輸入模塊SM3315模擬輸入模塊SM3316模擬量的表達方式和測量值的分辨率20212223242526272829210211212213214VZ16進制.位值十進制0123456789101112131415位的序號單位位的分辨率+符號111***************15*=0或18000000001128********8402010840000000000000000000002164132116181412*********************************************************************910111213146模擬量的表達方式和測量值的分辨率202122232427在不同測量范圍下模擬量的表達方式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限測量范圍±10V電壓例如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

:-7.5-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76單位3276732511:

276492764820736

:-20736-27648-27649:

-32512-32768測量范圍4..20mA電流例如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845單位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768測量范圍-200...+850oC溫度例如

Pt100單位3276710000:

85018500:

::-2000-2001:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1測量范圍0...300Ohm電阻例如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允許負值單位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-48647在不同測量范圍下模擬量的表達方式范圍超上限超上界額定范圍8模擬輸入量的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC105)500,00,00276488模擬輸入量的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC105)59模擬量輸出的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC106)2764800,0100,09模擬量輸出的規(guī)范化(可隨模塊帶的軟件塊FC106)210模擬輸出量的表達形式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限單位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

輸出范圍：電壓011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00輸出范圍：

電流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

0010模擬輸出量的表達形式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下11配置模擬量模塊SM33511配置模擬量模塊SM33512

配置模擬量模塊SM33112配置模擬量模塊SM33113結構化的極限監(jiān)視功能(可隨模塊帶的軟件塊FB120)FB120ACTVHLLLHYSQHQLLIMIT模擬變量的實際值HLLLHYSHYSQHQLt功能

符號LO_LIMHI_LIM13結構化的極限監(jiān)視功能(可隨模塊帶的軟件塊FB1207.7模擬量控制系統(tǒng)的設計1.關于模擬量控制系統(tǒng)模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號為模擬量的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。閉環(huán)控制根據(jù)其設定值的不同，又可分為調節(jié)系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)兩種。調節(jié)系統(tǒng)的設定值是由控制系統(tǒng)的控制器給出，控制器的作用就是使反饋值向給定值靠近，以反饋值對設定值的偏差最小為目的。隨動系統(tǒng)的設定值是由被控制對象給出的，控制器的作用就是使控制目標不斷地向被控對象靠近。各種跟蹤系統(tǒng)都是隨動系統(tǒng)。

模擬量控制系統(tǒng)設計中應該注意抗干擾問題。解決干擾的辦法有4個。其一是接地問題。這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。這里所說的接地就是接大地。其二是模擬信號線的屏蔽向題，屏蔽線的始端和終端都要接地。信號線的屏蔽是防止干擾的重要措施。其三是對某些高頻信號要解決匹配問題。如果不匹配很容易在信號傳送中引進干擾，使信息失真。其四是對信號進行濾波。7.7模擬量控制系統(tǒng)的設計2.模擬量控制系統(tǒng)設計舉例

（1）攪拌控制系統(tǒng)線性程序設計（S7-PRO111）?初始狀態(tài)及操作工藝

…?硬件設計

…?軟件系統(tǒng)結構2.模擬量控制系統(tǒng)設計舉例?OB1塊?OB1塊OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)OB1續(xù)?OB100塊?OB100塊?系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF?系統(tǒng)仿真（3）結構化軟件設計（S7-PRO112）?系統(tǒng)結構?OB1塊（3）結構化軟件設計（S7-PRO112）?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?OB1續(xù)?FB1?FC1?FB1?FC2?FC2?OB100?OB100?DB1?DB2?DB1?系統(tǒng)仿真I0.0=ONPIW256<100Q4.0=ONPIW256>=100Q4.0=OFFQ4.1=ONPIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2T2=ONQ4.3=OFF?系統(tǒng)仿真7.8關于乒乓控制1乒乓控制算法2乒乓控制算法的實現(xiàn)（S7_PRO113）?FC1塊7.8關于乒乓控制FC1續(xù)FC1續(xù)?DB1塊?OB1塊?DB1塊?仿真檢測值小于低限，輸出為ON。檢測值大于低限，輸出為OFF。?仿真檢測值小于低限，輸出為ON。7.9關于PID控制1閉環(huán)PID控制

PID控制器管理輸出數(shù)值，以便將偏差(e)為零，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值（SP）和過程變量（PV）的差。

7.9關于PID控制2PID算法

PID控制原則以下列公式為基礎，其中將輸出M(t)表示成比例項、積分項和微分項的函數(shù)：

其中

M(t)為PID運算的輸出，是時間的函數(shù)

Kp為

PID回路的比例系數(shù)

Ki為

PID回路的積分系數(shù)

Kd為PID回路的微分系數(shù)

e為PID回路的偏差（給定值和過程變量之差）

Minital為PID回路輸出的初始值2PID算法

為了在數(shù)字計算機內運行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)化成為偏差值的間斷采樣。數(shù)字計算機使用下列相應公式為基礎的離散化PID運算模型。

其中:Mn

為采樣時刻n的PID運算輸出值

Kp為

PID回路的比例系數(shù)

Ki為

PID回路的積分系數(shù)

Kd為PID回路的微分系數(shù)

en為采樣時刻n的PID回路的偏差

en-1為采樣時刻n-1的PID回路的偏差

el

為采樣時刻l的PID回路的偏差

Minital為PID回路輸出的初始值為了在數(shù)字計算機內運行此控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)化成為偏

在此公式中，第一項叫做比例項，第二項由兩項的和構成，叫積分項，最后一項叫微分項。比例項是當前采樣的函數(shù)，積分項是從第一采樣至當前采樣的函數(shù)，微分項是當前采樣及前一采樣的函數(shù)。在數(shù)字計算機內，這里既不可能也沒有必要存儲全部偏差項的采樣。因為從第一采樣開始，每次對偏差采樣時都必須計算其輸出數(shù)值，因此，只需要存儲前一次的偏差值及前一次的積分項數(shù)值。利用計算機處理的重復性，可對上述計算公式進行簡化。簡化后的公式為：其中:Mn

為采樣時刻n的PID運算輸出值

Kp為

PID回路的比例系數(shù)

Ki為

PID回路的積分系數(shù)

Kd為PID回路的微分系數(shù)

en為采樣時刻n的PID回路的偏差

en-1為采樣時刻n-1的PID回路的偏差

MX

為積分項前值在此公式中，第一項叫做比例項，第二項由兩項的和構成，叫積?

計算回路輸出值

CPU實際使用對上述簡化公式略微修改的格式。修改后的公式為：

其中:Mn

為采樣時刻n的回路輸出計算值

MPn為采樣時刻n的回路輸出比例項

MIn為采樣時刻n的回路輸出積分項

MDn為采樣時刻n的回路輸出微分項?

比例項比例項MP是PID回路的比例系數(shù)(Kp)及偏差(e)的乘積，為了方便計算取Kp=Kc。CPU采用的計算比例項的公式為：

其中:MPn

為采樣時刻n的輸出比例項的值

Kc

為回路的增益

SPn

為采樣時刻n的設定值

PVn

為采樣時刻n的過程變量值?計算回路輸出值?

積分項積分項MI與偏差和成比例。為了方便計算取。CPU采用的積分項公式為：

其中:MIn為

采用時刻n的輸出積分項的值

Kc為回路的增益

Ts

為采樣的時間間隔

Ti

為積分時間

SPn

為采樣時刻n的設定值

PVn

為采樣時刻n的過程變量值

MX為采樣時刻n-1的積分項(又稱為積分前項)

積分項(MX)是積分項全部先前數(shù)值的和。每次計算出MIn以后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被調整或被限定。MX的初值通常在第一次計算出輸出之前被置為Minitai（初值）。其它幾個常量也是積分項的一部分，如增益、采樣時刻

(PID循環(huán)重新計算輸出數(shù)值的循環(huán)時間)、以及積分時間(用于控制積分項對輸出計算影響的時間)。

?積分項?

微分項微分項MD與偏差的改變成比例，方便計算取

。

計算微分項的公式為：

為了避免步驟改變或由于對設定值求導而帶來的輸出變化，對此公式進行修改，假定設定值為常量(SPn=SPn-1)，因此將計算過程變量的改變，而不計算偏差的改變，計算公式可以改進為：

其中：

MDn為

采用時刻n的輸出微分項的值

Kc為回路的增益

Ts

為采樣的時間間隔

Td

為微分時間

SPn

為采樣時刻n的設定值

SPn-1

為采樣時刻n-1的設定值

PVn

為采樣時刻n的過程變量值

PVn-1

為采樣時刻n-1的過程變量值?微分項?

回路控制的選擇如果不需要積分運算(即在PID計算中不需要積分運算)，則應將積分時間(Ti)指定為無限大，由于積分和MX的初始值，即使沒有積分運算，積分項的數(shù)值也可能不為零。這時積分系數(shù)Ki=0.0如果不需要求導運算(即在PID計算中不需要微分運算)，則應將求導時間(Td)指定為零。這時微分系數(shù)Kd=0.0如果不需要比例運算(即在PID計算中不需要比例運算)，而需要積分(I)或積分微分(ID)控制，則應將回路增益數(shù)值(Kc)指定為0.0，這時比例系數(shù)Kp=0.0。因為回路增益(Kc)是計算積分及微分項公式內的系數(shù)，將回路增益設定為0.0，將影響積分及微分項的計算。因而，當回路增益取為0.0時，在PID算法中，系統(tǒng)自動地把在積分和微分運算中的回路增益取為1.0，此時

?回路控制的選擇3PID算法的實現(xiàn)?運算框圖3PID算法的實現(xiàn)?

PID控制軟件（S7_Pro4）

OB1?PID控制軟件（S7_Pro4）OB35OB35FB1FB1FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)FB1續(xù)DB2DB2仿真：觀察過程量PIW256的變化，PID輸出控制PQW350的改變仿真：觀察過程量PIW256的變化，PID輸出控制P4PID控制模塊（1）PID模塊的工作原理4PID控制模塊（2）PID模塊?

FM355：4路閉環(huán)控制模塊內含：4AI+8DI+4DI（2）PID模塊FM355（續(xù)）：輸入地址PIW256-257輸出地址PQW256-257FM355（續(xù)）：FM355（續(xù)）：基本參數(shù)有無中斷中斷類型工作方式FM355（續(xù)）：（3）PID參數(shù)?比例項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功能

P_SELBOOLTRUE比例項使能控制

GAINREAL2.0放大倍數(shù)?積分項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功能

I_SELBOOLTRUE積分項使能控制

TITIMET#20S積分時間

INT_HOLDBOOLFALSE積分輸出保持控制

I_ITL_ONBOOL-積分輸出再輸入允許

I_ITLVALREAL0.0積分初值?微分項：名稱數(shù)據(jù)類型默認值功能

D_SELBOOLTRUE微分項使能控制