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1、第8章PLC在模拟量控制中的作用作用概述概述8.1 变送器与模拟量输入模块的选择与使用8.2 闭环控制的基本概念8.3 PID指令在闭环控制中的作用8.4 PID控制器的参数整定方法第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1 变送器与模拟量输入模块的选择与使用变送器与模拟量输入模块的选择与使用8.1.1 变送器的选择8.1.2 模拟量输入模块的选择8.1.3 读取模拟量输入模块的方法8.1.4 模拟量输入模块的校准8.1.5 将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量8.1.6 模拟量输出模块的应用第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1.1 变送器的选择变送器的选择作用：作用：将传感器提供
2、的电量或非电量转换为标准的直 流电流或直流电压信号分类：分类：电流输出型：适于远程传送 电压输出型 二线制：既是电源线又是信号线，应用较广 四线制：两根电源线，两根信号线第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1.2 模拟量输入模块的选择模拟量输入模块的选择1) 模拟量输入模块的分辨率2) 模拟量模块的转换速度3) 模拟量模块的通道数4) 模拟量模块的量程5) 模拟量模块是否有光隔离6) 用于温度检测的模拟量输入模块第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1.3 读取模拟量输入模块的方法读取模拟量输入模块的方法1、特殊功能模块的读写指令2、平均值滤波3、模拟量输入模块输出数据的读出以FX2N-
3、4AD为例：该模块有4个模拟量通道BFM #0：4位十六进制数设置通道1通道4的量程，如果设为3则关闭通道。BFM #14：通道1通道4的平均值采样周期from k0 k30 d4 k1 从k30中读取的一个数据放到d4中。top K0 ko H1100 k1 把 H1100中的数据写入ko中，在脉冲形式下写入。TOP K0 K1 K4 K4 在脉冲形式触发下，把K4至K7中的数写入K1-K3中。 第8章PLC在模拟量控制中的作用作用FX2N-4AD模块：缓冲寄存器功能模块：缓冲寄存器功能BFM #58：通道1通道4的平均值BFM #912：通道1通道4的当前值BFM #15：为0正常转换(1
4、5ms/通道)，高速转换(6ms/通道)BFM #29：错误状态信息BFM #30：存储FX2N-4AD模块的标识码（即K2010） 在下例中，通道1和通道2被设为-10V+10V的电压输入，通道3、4被禁止。模拟量输入模块安装在紧靠基本单元的地方，其模块编号为0号。平均值滤波的周期数为4，数据寄存器D0和D1用来存放通道1和通道2的数字量输出的平均值。第8章PLC在模拟量控制中的作用作用读取模拟量输入模块读取模拟量输入模块：程序举例程序举例LDM8002/首次扫描 /从0#特殊功能模块的BFM # 30读出标识码，存放在基本单元的D4中FROMK0K30D4K1LD=K2010 D4 /如果
5、是FX2N-4AD/H3300BFM#0，设置通道1、2的量程TOPK0K0H3300 K1/设置通道1、2平均值滤波周期为4TOPK0K1K4K2/将模块运行状态从BFM#29读入M10M25FROM K0K29D4M10K1LDIM10/如果模块运行没有错误ANIM20/且模块数字量输出正常/通道1、2的平均采样值存入D0和D1FROM K0K5D0K2第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1.4 模拟量输入模块的校准模拟量输入模块的校准偏移量：偏移量：数字量输出为0时模拟输入量的值增益值：增益值：通道的数字量输出为1000时对应的模拟输入量FX2N-4AD有关缓冲器功能定义有关缓冲器功
6、能定义：BFM#23：存放指定通道的偏移量，默认值伪0BFM#24：存放指定通道的增益，默认值伪5000BFM#21：最低2位为二进制数01时允许调节偏移量和增益，为10时禁止调节偏移量和增益BFM#22：低8位用于14号通道的偏移量和增益调节偏移量设置范围：DC-5V+5V或-20+20mA增益设置范围：1V15V或432mA第8章PLC在模拟量控制中的作用作用模拟量输入模块的校准：程序举例模拟量输入模块的校准：程序举例将1号通道的偏移量设为0V，增益设为25V，其模块编号为0。程序如下：LDX10SETM0/调节开始LDM0TOPK0K0H0K1 /设置各通道量程为-10V+10VTOPK
7、0K21K1K1/1BFM#21，允许调节增益和偏移量TOPK0K22K0K1/ 0BFM#22，复位调节OUTT0K4/延时0.4sLDT0TOPK0K23K0K1 / 0BFM#23，令偏移量为0TOPK0K24K2500K1/ 2500BFM#24，令增益为2.5VTOPK0K22H3K1 /30BFM#22，调节通道1OUTT1K4LDT1RSTM0/调节结束TOPK0K21K2K1/二进制数10 BFM#21 ，禁止调节增益和偏移量第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1.5 将模拟量输入模块的输出值转换为实际物理量将模拟量输入模块的输出值转换为实际物理量 根据变送器的输入根据变送
8、器的输入/输出量程和模拟量输入模块的输出量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与量程，找出被测物理量与A/D转换后的数据之间的转换后的数据之间的比例关系。比例关系。例例1：压力变送器的量程为010MPa，输出信号为DC 420mA，选择FX2N-2AD的量程为420mA，转换后的数字量为04000，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。解：解： 010MPa（ 010 000 kPa ）对应于转换后的数字04000，转换公式为：P=(10 000N/4 000) kPa=(2.5 N) kPa用定点数运算时的计算公式为 P=(N 5/2) kPa第8章PLC在模拟量控制中的作
9、用作用举例举例例例2：压力变送器的量程为010MPa，输出信号为DC 420mA，某模拟量输入模块将020mA转换为032000的数字量，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。解：解： 420mA 的模拟量对应于转换后的数字640032000，即010 000 kPa对应于转换后的数字640032000，压力的计算公式为：第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.1.6 模拟量输出模块的应用模拟量输出模块的应用以以FX2N-2DA模块为例介绍模块为例介绍该模块有2个输出通道，3中输出量程DC 010V、05V和420mA。输入数字值04000对应于输出电压010V，若用于电流输出，
10、需重新调整偏移和增益。部分缓冲功能定义：部分缓冲功能定义：BFM#16：用于写入输出数据的当前值BFM#17：b0从“1”变为“0”时,通道2的D/A转换开始； b1从“1”变为“0”时，通道1的D/A转换开始；b2从“1”变为“0”时，D/A转换的低8位数据被锁存。第8章PLC在模拟量控制中的作用作用模拟量输出模块模拟量输出模块:编程举例编程举例假设FX2N-2DA模块编号为1，要写入通道1的数据存放在D10中。输入X0接通时，起动通道1的D/A转换，转换程序如下：LDX0MOV D10K4M10 /将D10中的数字量传送到M10M25/将D10中的低8位（M10M17）数据写入BFM#16
11、TOPK1K16K2M10 K1TOPK1K17H0004 K1 /BFM#17的b2位置1/BFM#17的b2位从“1”变为“0”时，锁存低8位数据。TOPK1K17H0000K1 /写入高4位数据(M18M21)TOPK1K16K1M18 K1TOPK1K17H0002K1 /BFM#17的b1位置1/BFM#17的b1位从“1”变为“0”时，通道1执行D/A转换TOPK1K17H0000 K1第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.2 闭环控制的基本概念闭环控制的基本概念8.2.1 计算机闭环控制系统的组成与工作原理1、闭环控制系统的组成2、闭环控制系统的工作原理以炉温控制为例：当输出的
12、温度值c(t)低于给定温度值sv(n)，反馈量pv(n)小于给定值sv(n)，误差ev(n)为正，控制器的输出量mv(t)将增大。使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度等于给定值。第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.3PID指令在闭环控制中的作用指令在闭环控制中的作用8.3.1 PID控制器的优点控制器的优点1)不需要被控对象的数学模型2)结构简单，容易实现3)有较强的灵活性和适应性4)使用方便8.3.2 实现实现PID控制的方法控制的方法1)使用PID过程控制模块2)使用PID指令3)用自编程序实现PID控制4)变频器的闭环控制第
13、8章PLC在模拟量控制中的作用作用PID控制器的数字化控制器的数字化8.3.3 PID控制器的数字化控制器的数字化模拟量PID控制器的输出表达式：积分数字化：微分数字化：积分系数微分系数第8章PLC在模拟量控制中的作用作用增量式增量式PID算法算法 当执行机构为步进电机、伺服电动机时采用增量式PID算法第8章PLC在模拟量控制中的作用作用PID指令指令8.3.4 FX系列PLC的PID指令 PID指令不是用中断方式来处理的，它依赖于扫描方式，所以采样周期TS不能小于PLC的扫描周期。应将它设置为扫描周期的整倍数。为了减小定时误差，建议使用固定扫描方式。为了提高采样速率，可以把PID指令放在定时
14、中断程序中。第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.3.5 PID指令的数据堆栈指令的数据堆栈变量变量功能描述功能描述S3采样周期采样周期TS3+1动作方向（动作方向（ACT）与报警控制，第）与报警控制，第2位和第位和第5位不能同时为位不能同时为1S3+2输入滤波常数输入滤波常数 S3+3比例增益比例增益KPS3+4积分时间积分时间TI，等于，等于0时无积分作用时无积分作用S3+5积分增益积分增益KDS3+6微分时间微分时间TD ，等于，等于0时无微分作用时无微分作用S3+7 S3+9PID运算的内部处理运算的内部处理S3+20S3+1的第的第1位为位为1时，过程变量的上限报警设置时，过程变量
15、的上限报警设置S3+21S3+1的第的第1位为位为1时，过程变量的下限报警设置时，过程变量的下限报警设置S3+22S3+1的第的第2位为位为1时，输出值最大正的变化量报警设置时，输出值最大正的变化量报警设置S3+1的第的第5位为位为1时，输出量上限限幅设定值时，输出量上限限幅设定值S3+23S3+1的第的第2位为位为1时，输出值最大负的变化量报警设置时，输出值最大负的变化量报警设置S3+24报警标志报警标志,bit 0=1:过程变量超出上限过程变量超出上限 ； bit2=1:输出变化量溢出输出变化量溢出第8章PLC在模拟量控制中的作用作用S3+1各位的定义各位的定义表表8-2 S3+1各位的定
16、义各位的定义位位该位为该位为0该位为该位为10正动作反动作1过程量变化报警无效过程量变化报警有效2输出量变化报警无效输出量变化报警有效4预调整不动作预调整有效5输出值上下限设定无效输出值上下限设有效第8章PLC在模拟量控制中的作用作用PID指令程序举例指令程序举例LDM8002MOVP K500 D500/TS=500msMOVP H0000 D501/正动作，未使用报警功能MOVP K50 D502/输入滤波器常数=50%MOVP K75 D503/KP=75%MOVP K4000 D504/TI=4000msMOVP K50 D505/KD=50%MOVP K1000 D506/TD=1000msMOVP K1000 D200/设定值=1000LDM1TOK2K1K4K4 /设置通道14的平均值滤波周期数FROMK2K5D201 K1 /模拟量输入平均值PVN送D201LDM4PIDK200 K201 K500 D525 /起动PID运算，D525为输出值第8章PLC在模拟量控制中的作用作用8.4 PID控制器的参数整定方法控制器的参数整定方法
