在模拟量闭环控制中的应用

plc在生活中的运用
PLC在生活中的应用
1、开环控制
开关量的开环控制是PLC的最基本控制功能。

PLC的指令系统具有强大的逻辑运算能力，很容易实现定时、计数、顺序(步进)等各种逻辑控制方式。

大部分PLC就是用来取代传统的继电接触器控制系统。

2、模拟量闭环
对于模拟量的闭环控制系统，除了要有开关量的输入输出外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出实现对温度、流量、压力、位移、速度等参数的连续调节与控制。

目前的PLC不但大型、中型机具有这种功能外，还有些小型机也具有这种功能。

3、数字量控制
控制系统具有旋转编码器和脉冲伺服装置(如步进电动机)时，可利用PLC实现接收和输出高速脉冲的功能，实现数字量控制，较为先进的PLC还专门开发了数字控制模块，可实现曲线插补功能，近来又推出了新型运动单元模块，还能提供数字量控制技术的编程语言，使PLC实现数字量控制更加简单。

4、数据采集监控
由于PLC主要用于现场控制，所以采集现场数据是十分必要的功能，在此基础上将PLC与上位计算机或触摸屏相连接，既可以观
察这些数据的当前值，又能及时进行统计分析，有的PLC具有数据记录单元，可以用一般个人电脑的存储卡插入到该单元中保存采集到的数据。

PLC的另一个特点是自检信号多．利用这个特点，PLC控制系统可以实现白诊断式监控，减少系统的故障，提高系统的可靠性。

模拟量闭环控制一般用PID。

需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI控制方式；控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。

各部分的作用如下：
在P，I，D这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。

比例系数KC越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，KC过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。

控制器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。

但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用。

积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态性能(稳定性)可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。

根据误差变化的速度(即误差的微分)，微分部分提前给出较大的调节作用。

微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。

微分时间常数增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。

实例详解S7-200SMART与PID的应用一、 PID回路控制概述PID控制器是应用最广泛的闭环控制器，它根据给定值与被控实测值之间的偏差；按照PID算法计算出控制器的输出量，控制执行机构进行调节，使被控量跟随给定量变化，并使系统达到稳定；自动消除各种干扰对控制过程的影响。

其中PID分别表示比例、积分和微分S7-200 SMART中PID功能实现方式有以下三种：PID指令块：通过一个PID回路表交换数据，只接受0.0 - 1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值。

PID向导：方便地完成输入/输出信号转换/标准化处理。

PID指令同时会被自动调用。

根据PID算法自己编程S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID 指令功能块）,根据PID算法自己编程没有具体数目的限制，但是我们需要考虑PLC的存储空间以及扫描周期等影响。

PID控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。

PID控制算法有几个关键的参数Kc（Gain，增益）Ti（积分时间常数），Td（微分时间常数）Ts（采样时间）在S7-200 SMART中PID功能是通过PID指令功能块实现。

通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量由于PID可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此有一种通用的数据表示方法才能被PID功能块识别。

S7-200 SMART中的PID功能使用占调节范围的百分比的方法抽象地表示被控对象的数值大小。

在实际工程中，这个调节范围往往被认为与被控对象（反馈）的测量范围（量程）一致。

PID 功能块只接受0.0 - 1.0之间的实数（实际上是0%--100%）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。

比例积分微分控制指令PID用于模拟量闭环控制，[S1·] [S2·]各用一个数据寄存器，[S1·] 用于存放设定目标值，[S2·] 用于设定测定当前值， [S3·]是用户为PID指令定义参数的首址，范围是D0～D7975，需占有自[S3·]起始的25个连续的数据寄存器，其中[S3·] ～[S3·] +6设定控制参数。

[D·]用一个独立的数据寄存器，用于存放输出值。

执行程序时，运算结果存于[D·]中。

PID指令的功能是接收一个输入数据后，根据PID算法计算调节值。

在图17-3中，X0闭合时，执行指令，目标值存入D10中，当前值从D20中读出，保留D100～D124作为用户定义参数的寄存器，输出值存入D150，一个程序中可以使用多条PID指令，每条指令的数据寄存器都要独立，以避免混乱。

PID指令在定时器中断、子程序、步进梯形图、跳转指令中也可使用，在这种情况下，执行PID指令前请清除[S3·] +7后再使用，采样时间必须大于PLC的一个运算周期。

控制用的参数的设定值（参数设定见表17-5）必须预先通过MOV等指令写入。

表17-5 参数设定。

828D车床模拟量主轴加进给轴全闭环调试——828D进给轴的第三编码器调试前言：对于模拟主轴的直接编码器，我们在应用时需要把它叠加到一个进给轴上。

通常的使用方法，是我们把它配置为一个进给轴的第二编码器，在使用时主轴从这个进给轴的第二编码器读取数据。

但当设备所有轴都为全闭环时，就没有第二编码器可为模拟主轴使用。

所以我们介绍使用进给轴第三编码器的方法实现车床模拟量主轴编码器加进给轴全闭环的调试。

实验原理：在Z轴上配置三个编码器，其中第三编码器作为模拟主轴的直接编码器，828D系统默认的驱动报文格式136或116传递的是轴第一编码器和第二编码的信号，改用118的报文格式可以传输轴编码器2和3的信息给系统；系统侧就可以读取Z 轴编码器2和3的值（系统只能接受两套反馈，驱动可以接受三套反馈），然后我们通过NC参数设置，将Z轴编码器2作为Z轴系统的反馈1，编码器3作为Z轴系统的反馈2，再将其中一个反馈分配给模拟量主轴使用，这样就完成了调试要求。

116报文与118报文中状态字的区别调试设备：试验硬件 数量 详细信息828D BASIC T 1 软件版本04.04.SP1电源模块 1 非调节型电源模块 (SLM)电机模块 1 双轴模块电机 2 1FK7 同步电机外接编码器 3 1Vpp 2500线 （X轴第二测量）EnDat 512线（Z轴第二测量）TTL 1024线（Z轴第三测量或主轴的直接测量）SMC 3 SMC20、SMC20、SMC30各一个注：用两个同步电机作为X，Z 轴，主轴为模拟轴。

硬件连接示意图如下：说明：Motor Enc X为X 轴电机编码器；Direct X为X轴第二编码器；Motor Enc Z为Z 轴电机编码器；Direct Z为Z轴第二编码器；Direct Spi为SP 轴编码器调试步骤：1、硬件连接好后，系统自动进行拓扑识别。

在拓扑识别完成后，HMI 上会出现”Alarm201331: Topology:Component not assigned to a drive object, Component no.for the encoder interface”。