plc應(yīng)用技術(shù)課件

學(xué)習(xí)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3PLC應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo):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(huì)編寫(xiě)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(xiě)控制程序。PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3PLC應(yīng)用技術(shù)6.1S7-200系列PLC模擬量I/O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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3PLC應(yīng)用技術(shù)放大器增益調(diào)節(jié)器緩存器輸入濾波器圖6-1EM231模擬量輸入模塊輸入回路框圖A/D轉(zhuǎn)換器A+RAA-B+RBB-C+RCC-D+RDD-多路轉(zhuǎn)換開(kāi)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3PLC應(yīng)用技術(shù)MSBLSB15141312111098765432100數(shù)據(jù)值12位000單極性數(shù)據(jù)格式MSBLSB1514131211109876543210數(shù)據(jù)值12位0000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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3PLC應(yīng)用技術(shù)（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(xiàng)，使用時(shí)要特別注意輸入信號(hào)的規(guī)格，不得超出其使用極限值：①數(shù)據(jù)格式對(duì)單極性為-32000～+32000，對(duì)雙極性為0～32000②輸入阻抗大于等于10MΩ③最大輸入電壓30VDC④最大輸入電流32mA⑤分辨率最小滿量程電壓輸入時(shí)，為1.25mV；電流輸入時(shí)為5μA⑥輸入類型差分輸入型⑦輸入電壓電流范圍輸入電壓范圍：對(duì)單極性為0～5V或0～10V對(duì)雙極性為±5V或±2.5V輸入電流范圍：0～20mA⑧模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于250μsPLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3PLC應(yīng)用技術(shù)模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)置開(kāi)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SW1SW2SW3ONOFFON0~10V2.5mVSW1SW2SW3ONOFF0~5V1.25mVOFFOFFON+/-5V2.5mV0~20mA5μAONOFF+/-2.5V1.25mV（3）EM231模擬量輸入模塊輸入信號(hào)的整定PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3電流發(fā)送器電壓發(fā)送器未用端子配置開(kāi)關(guān)增益沒(méi)有使用24VDC電源和公共端圖6-3EM231模擬量輸入模塊端子及DIP開(kāi)關(guān)示意圖固定端子塊增益DIP設(shè)定開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3輸入信號(hào)進(jìn)行整定，輸入信號(hào)的調(diào)整步驟如下：①在模塊脫離電源的條件下，通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)選擇需要的輸入范圍；②接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘；③用一個(gè)電壓源或電流源，給模塊輸入一個(gè)零值信號(hào)；④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(shí)，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(wú)法得到校正；圖6-4EM231轉(zhuǎn)換曲線偏置誤差32000010V⑤將一個(gè)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32000，或所需要的數(shù)值。PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入電壓范圍為0～10V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為0～32000或所需要數(shù)字，其關(guān)系如圖6-4所示。圖6-4EM231轉(zhuǎn)換曲線偏置誤差32000010VPLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-32．EM231熱電偶模塊及熱電阻模塊EM231熱電偶模塊是專門用于對(duì)熱電偶輸出信號(hào)進(jìn)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，T和R），還可用于測(cè)量0到+/-80mV范圍的低電平模擬信號(hào)。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(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字量信號(hào)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3圖6-5熱電偶輸入模塊端子示意圖PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3圖6-6熱電阻輸入模塊端子示意圖PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3表6-2熱電偶類型選擇熱電偶類型SW1SW2SW3熱電偶類型SW1SW2SW3J000R100K001S101T010N110E011+/-80mV111表6-3EM231熱電偶模塊DIP開(kāi)關(guān)的其它項(xiàng)設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)狀態(tài)作用項(xiàng)目名稱DIP開(kāi)關(guān)狀態(tài)作用項(xiàng)目名稱SW51負(fù)向標(biāo)定+3276.7傳感器熔斷方向的檢測(cè)SW71華氏溫度測(cè)量溫度測(cè)量單位的選擇0正向標(biāo)定-3276.70攝氏溫度測(cè)量SW61禁止斷線檢測(cè)電流導(dǎo)線斷線檢測(cè)的選擇SW81冷端補(bǔ)償禁止冷端補(bǔ)償?shù)倪x擇0啟動(dòng)斷線檢測(cè)電流0冷端補(bǔ)償啟用PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.1.2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6-7EM232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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3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(hào)位，最低4位在轉(zhuǎn)換為模擬量輸出值時(shí)，將自動(dòng)屏弊。MSBLSB15141312111098765432100數(shù)據(jù)值11位0000電流輸出數(shù)據(jù)格式MSBLSB1514131211109876543210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)徐國(guó)林978-7-111-20702-32.EM232模擬量輸出模塊的輸出性能表6-4EM232模擬量輸出模塊的輸出性能項(xiàng)目信號(hào)范圍分辨率數(shù)據(jù)字格式精度典型250C最大驅(qū)動(dòng)電壓輸出+/-10V12位-32000～+32000滿量程的±0.5%最小5000Ω電流輸出0～20mA11位0～+32000滿量程的±0.5%最大500ΩPLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.1.3EM235模擬量輸入輸出混合模塊圖6-9EM235輸入輸出混合模塊端子、DIP設(shè)置開(kāi)關(guān)及校準(zhǔn)電位器示意圖PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3EM235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模擬量輸入模塊的輸入回路稍有不同，它增加了一個(gè)偏置電壓調(diào)整回路，通過(guò)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(hào)范圍更加細(xì)致，以便適應(yīng)其更加廣泛的場(chǎng)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3EM235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(hào)整定的步驟：①在模塊脫離電源的條件下，通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)選擇需要的輸入范圍（見(jiàn)表6-5）。②接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘。③用一個(gè)電壓源或電流源，給模塊輸入一個(gè)零值信號(hào)。④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。⑤將一個(gè)滿刻度的信號(hào)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0～10V的模擬量信號(hào)，則對(duì)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-3圖6-10EM235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)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.2.1模擬量輸入信號(hào)的整定

模擬量輸入信號(hào)的整定需要考慮以下問(wèn)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(guò)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(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題

●線性化問(wèn)題

PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3模擬輸入量的轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化

XORDAC0，AC0//清累加器AC0MOVWAIW0，AC0//讀模擬量存入AC0LDW>=AC0，0//若模擬量為正

JMPK0//則轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)為K0的程序段進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換

NOT//否則(即模擬量為負(fù))ORD16#FFFF0000，AC0//AC0中的符號(hào)處理

LBLK0DTRAC0，AC0//將32位整數(shù)格式轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)格式

/R64000.0，AC0//將AC0中的值標(biāo)準(zhǔn)化

+R0．5，AC0//將所得結(jié)果轉(zhuǎn)移到范圍[0.0，1.0]MOVRAC0，VDl00//將標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果存入PID運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3數(shù)字量信號(hào)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。但這種濾波方法對(duì)于強(qiáng)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(hào)，消除的方法是對(duì)多次采樣值進(jìn)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(jìn)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.2.2模擬量輸出信號(hào)的整定在模擬量輸出信號(hào)整定過(guò)程中，需考慮模擬量信號(hào)的最大范圍、D／A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(guò)程是一個(gè)線性處理過(guò)程。各輸出量的位值，由輸出的實(shí)際控制量范圍與最大數(shù)字量位值的關(guān)系確定。PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-3

在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，PID控制器的作用就是通過(guò)調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由給定量(SP，希望值)與過(guò)程變量(PV，實(shí)際值)之差來(lái)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)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.3.1PID算法1．連續(xù)系統(tǒng)的PID算法

Y(t):回路控制算法的輸出(為時(shí)間的函數(shù))；

KC:回路增益；

e(t):誤差(給定值與過(guò)程變量之差)；

Minitial:回路控制算法輸出的初始值;TI:積分時(shí)間常數(shù)；就是積分項(xiàng)的輸出量每增加與比例項(xiàng)輸出量相等的值所需要的時(shí)間。

TD:微分時(shí)間常數(shù)；就是對(duì)于相同的輸出調(diào)節(jié)量，微分項(xiàng)超前于比例項(xiàng)響應(yīng)的時(shí)間。

PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.3.1PID算法3．離散系統(tǒng)的PID算法

Yn為在采樣時(shí)刻n計(jì)算出的回路控制輸出值；

SPn為在采樣時(shí)刻n的給定值；

PVn為在采樣時(shí)刻n的過(guò)程變量值。PVn-1為在采樣時(shí)刻n-1的過(guò)程變量值。T為采樣周期；

YX為在采樣時(shí)刻n-1的積分項(xiàng)(也稱為積分和)

=PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.3.1PID算法4．參數(shù)確定1）采樣周期T的確定

2）KC，TI，TD的確定

(1)由系統(tǒng)開(kāi)環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線確定Kc、t和T'；(2)計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)率R＝Kc/T'-t；(3)若只采用比例環(huán)節(jié)，則取Kc=T/R.t；(4)若只取PI環(huán)節(jié),則取Kc=0.9/R.t，KI=0.27Kc/R.t2；(5)若采用PID,則取Kc=(1.2~2)·/R.t，KI＝0.5Kc/t，KD=0.5Kc·t。

=PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-36.3.2PID回路(PIDControlLoop)指令1．指令格式

LOOP為回路號(hào)，可在0-7范圍選??；TBL為回路表的起始地址，指定PID運(yùn)算的有關(guān)參數(shù)，可尋址的地址為VB。

2．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(jìn)行PID運(yùn)算。PIDENTBLLOOPTBL，LOOPPIDPLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-33．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(shí)數(shù)輸入在0．0、1．0之間4給定值(SPn)雙字實(shí)數(shù)輸入在0．0～1．0之間8輸出值(Yn)雙字實(shí)數(shù)輸入/輸出在0．0—1．0之間12增益(KC)雙字實(shí)數(shù)輸入比例常數(shù)，可正可負(fù)16采樣時(shí)間(T)雙字實(shí)數(shù)輸入單位為秒，是正數(shù)20積分時(shí)間(TI)雙字實(shí)數(shù)輸入單位為分鐘，是正數(shù)24微分時(shí)間(TD)雙字實(shí)數(shù)輸入單位為分鐘，是正數(shù)28積分和或稱積分項(xiàng)前值(YX)雙字實(shí)數(shù)輸入/輸出在0．0—1．0之間32反饋量前值(PVn-1)雙字實(shí)數(shù)輸入/輸出最后一次執(zhí)行PID指令的過(guò)程變量值PLC應(yīng)用技術(shù)徐國(guó)林978-7-111-20702-34．控制方式及特殊操作：設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)切換機(jī)制，自動(dòng)方式是指周期性的執(zhí)行PID運(yùn)算的方式；而手動(dòng)方式則是指不執(zhí)行PID運(yùn)算的情況。為了保證由手動(dòng)方式向自動(dòng)方式的切換沒(méi)有沖擊，須將手動(dòng)方式中設(shè)定的輸出值作為PID指令的一個(gè)輸入寫(xiě)入到控制參數(shù)表中的Yn值中，然后才可切換到自動(dòng)方式。

二．PID回路控制指令