第六章：PLC 在模拟量与PID控制在应用.

PLC PID功能介绍1. PID控制在工业控制中，PID控制（比例-积分-微分控制）得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：1）不需要知道被控对象的数学模型。

实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。

据日本统计，目前PID及变型PID 约占总控制回路数的90%左右。

2）PID控制器具有典型的结构，程序设计简单，参数调整方便。

3）有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式，如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。

随着智能控制技术的发展，PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久不衰的生命力。

2. PLC实现PID控制的方法如图6-35所示为采用PLC对模拟量实行PID控制的系统结构框图。

用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法：图6-35 用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图1）使用PID过程控制模块。

这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。

但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。

如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。

2）使用PID功能指令。

现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。

它们实际上是用于PID控制的子程序，与A/D、D/A 模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，价格却便宜得多。

3）使用自编程序实现PID闭环控制。

有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID 控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变型PID控制算法。

在这些情况下，都需要由用户自己编制PID控制程序。

PID控制在S7-300（PLC）系统中的应用一、引言自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

一个自动控制系统通常包括控制器﹑检测机构﹑执行机构三个主要组成部分。

如果系统控制器的输出能够根据被控对象（检测机构的检测结果）自动作出调整，或者说，被控对象能够实时地影响控制器的输出，并且使得被控对象尽量保持某个稳定的状态，那么，我们可以说这是一个闭环控制系统。

闭环控制系统的例子很多，比如，自来水在城市管网中的水压控制，水压过高，将会导致管网的损坏，反之，则会影响到高层居民的生活供水。

在这个系统中，检测机构是智能压力变送器；执行机构是水泵及驱动水泵电机的变频器；控制器通常采用PID控制器，这个PID控制器可以是包含在变频器的处理器中，也可以是包含在一套PLC中。

笔者结合多年的西门子PLC工程实践经验，谈谈有关PID在S7-300中的应用，以作抛砖引玉。

二、编写自己的功能块在西门子PLC编程软件STEP7中，为用户提供了多个PID控制功能块。

在梯形图编辑状态（LAD/STL/FBD），打开“视图→总览（View→Overviews）”，可以找到“库→标准库→PID控制块（Libraries→Standard Library→PID Control Blocks）”。

其中连续PID控制块FB41比较常用，但是，它的接口部分参数繁多（有44个），对参数的注释较少，实际使用过程中很不方便，调试也比较困难；还有一点，它是由高级语言SCL 编译的，因为没有源程序，对它作任何的修改都是难以想象的事情。

在实践中，笔者使用自己编写的PID控制块，为特定的场合定制，小巧灵活，调试十分方便，效果也比较理想。

根据PID控制的原理，我们采用了下述简化的计算公式：△outPID = △outP + △outI +△outD (1)△outP = uP * (MEAS - LastM) (2)△outI = uI * (MEAS - DestV) (3)△outD = uD * ((MEAS - LastM) - (LastM - LLastM)) (4)CurrOUT = LastOUT ±△outPID (5)上述公式的说明：（1）式中，△outPID为本次PID调节的总量，△outP、△outI、△outD则分别为比例、积分、微分的调节分量；（2）式中，uP 为比例系数，MEAS 表示当前测量值，LastM表示上一次的测量值；（3）式中，uI 为积分系数，DestV表示设定的目标值；（4）式中，uD 为微分系数，LLastM表示上上一次的测量值；（5）式中，CurrOUT 表示当前输出值，LastOUT表示上一次输出值，式中用了“±”符号，当输出量增加时，使检测值也增加时，采用“-”号，反之，采用“+”号。

本栏目责任编辑：唐一东人工智能及识别技术Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第31期(2009年11月)PLC 对模拟量的控制黄静，毕波（重庆交通大学应用技术学院，重庆400074）摘要：在工业生产领域中，特别是连续型生产过程中常常需要对电流，电压，温度，压力等物理量进行控制。

用PLC 来控制模拟量可以充分利用PLC 强大的数字与逻辑处理功能，在控制模拟量的同时，还可以进行开关量的控制。

该文着重介绍了如何用PLC 对模拟量进行控制。

关键词：PLC ；模拟量；数字量；转换中图分类号：TP335文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)31-8758-02PLC Analog Volume ControlHUANG Jing,BI Bo(Vocational &Technical College,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China)Abstract:In industrial control field,especially continuous production,we often need gather and control some analog signal,just as current,voltage,temperature,pressure and so on.Control analog quantity by PLC can take full advantage of its powerful date and logic process function,and at the same time it also can control switching value.This article mainly introduces how to process analog signal using PLC.Key words:PLC;analog quantity;digital quantity;conversion为了适应现代工业发展的需要，要求作为工业控制电子设备的PLC 能对这些量进行控制。

模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。

工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。

作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。

为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。

目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。

PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。

它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。

A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC。

D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。

作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。

可读写）交换信息等等特点。

这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。

D/A中的A，多为电压，或电流。

电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA。

有的还可处理正负值的。

这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。

A/D、D/A有单路，也有多路。

多路占的输入输出继电器多。

有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC 并不难。

中、大型PLC处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。

有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。

计算机能算的它几乎都能算。

这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。

控制的单位值可小到212分之一的测量程值，多数也是足够的。

PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。

用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。

这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。

当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。

PLC 中PID 模块指令的应用魏 震,贾 青(上海交通大学自动化系,上海200030)摘要: PLC 控制系统最初被应用于对离散量的控制,随着技术的发展和实际工程应用的需求,PLC 控制系统也开始用于对连续变量的控制。

结合实际工程,对PID 模块指令在Allen -Bradley 公司的PLC 产品中的应用,进行阐述说明。

关键词: PID 模块;PLC;可编程逻辑控制器中图分类号:TP27 文献标识码:B 文章编号:1000-3932(2001)03-0019-041 引 言PID 的控制是对连续量的控制,目前它的控制算法仍然是实际工业控制系统中应用的最为广泛的一种控制算法。

为了使PLC 能简单、有效、友好地进行PID 控制,世界上的各大PLC 生产商都引入了PID 控制模块,它以PLC 编程指令中的一种指令模块的形式出现,通过对这个指令模块离线的或在线的进行PID 参数修改,来对被控制的对象实施控制。

笔者在苏州杜邦聚脂有限公司的重油系统改造工程中,即运用了这种基于PLC 系统的PID 控制。

2 系统描述此工程源于对该公司的联苯燃烧系统的改造,原来要燃烧轻油来完成工艺,现改为燃烧重油,这样可以大大降低燃料成本。

在重油进行燃烧之前,由于燃烧器的要求,在燃烧器的入口处所提供的重油必须是有相对稳定的温度和流量。

因此在入口之前就要对重油的温度和流量进行控制。

在对油温进行控制时,为了系统的稳定、经济的运行和简化控制系统的实现,实际系统中对油温实施两级加热,即首先通过一般的油罐底盘蒸汽管的方式,把油温加热到适中的温度;随后把适中温度的重油,送入热交换炉中。

对油的流量的控制则是通过间接的方式,在油进入加热炉前,通过控制重油压力来完成。

整个系统的结构和控制流程如图1所示。

为了介绍的紧凑,此图以及其后介绍中,除PID 控制回路的控制以外,其它诸如对电机和电磁阀的控制,不作指明和详细阐述。

图1 系统结构如图1所示,最初重油运输至1600m 3的大的储油罐,由传输泵送至下一个110m 3的中型油罐。

模拟量的使用和PID调节程序中硬件的组态：模拟量模块的属性设置这里以输入模块做案例，输出模块和输入模块设置是一样的。

OK程序的编写：在S7-300PLC内，模拟量转换的数值是-27648到+27648-10V到10V对应-27648到276480到10v 对应0到+ 27 ...程序中硬件的组态：模拟量模块的属性设置这里以输入模块做案例，输出模块和输入模块设置是一样的。

OK程序的编写：在S7-300plc内，模拟量转换的数值是-27648到+27648-10V到10V对应-27648到276480到10v 对应0到+ 27648-20mA到20mA对应-27648到276480mA到20mA对应0到276484mA到20mA对应0到27648（没有偏执）温度以实际温度放大10倍处理（有不同的情况，详情看模块手册）名词解释：单极性，指0到27648双极性，指-27648到27648下面对模拟量处理经常使用的两个系统功能SFC105和SFC106进行说明：SFC105的作用是将PLC内部的模拟量（-27648到27648），转化成我们能看懂的具体实际物理量（列如速度，温度，压力，频率等）N：模拟量的反馈值（PQW），就是系统接受到的-27648到27648的值。

HI_LIM：实际物理量的上限标定（最高频率，最高温度，最高压力等）浮点数。

HL_IM：实际物理量的下线标定（最低频率，最低温度，最低压力等）浮点数。

BIPOLAR：极性选择，为“0”的时候是单极性，为“1”的时候是双极性。

RET_VAL:故障代码。

OUT：转换的结果（D），模拟量转换成的实际物理量。

模拟演示：SFC106的作用是将具体实际物理量（列如速度，温度，压力，频率等）转化成PLC内部的模拟量（-27648到27648），IN:实际物理量输入（列如速度，温度，压力，频率等）HI_LIM：实际物理量的上限标定（最高频率，最高温度，最高压力等）浮点数。

S7-200PLC 模拟量处理&PID汇总该资料分为两部分，上半部分主要讲了模拟量模块的信号处理和接线方式。

下半部分主要讲了PID 参数功能汇总和注意事项，以及某些问题的解决方法。

可根据需要看自己需要的那部分资料。

模拟量模块接线和数据处理。

EM235 是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4 路模拟量输入和1 路模拟量输出功能。

模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX 和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。

对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辩率。

224XP自带2路模拟量输入和1路模拟量输出。

224XP模拟量部分的共6个端子，分别是模拟量输出的M、I、V和模拟量输入的M、A+、B+。

输出的M与电源的M等电位，V对M输出0-10VDC，I对M输出0-20mA。

但V、I只能使用其一，不能同时使用。

输入的A+对M，B+对M都是输入0-10VDC，两路模拟量输入共用1个M 端子；对应AIW0、AIW2的值是0-320000－－10V电压信号和4－－20mA电流信号举一例：如下图：模拟电压输入（电流输入、输出与电压接线相似）模拟电压输出224XP没有电流输入端子。

如果要输入电流0-20（或4-20）mA，要并联1个电阻，将电流输入转换成电输入。

/CPU 224XP分两种，一是：CPU 224XP DC/DC/DC ；二是：CPU 224XP AC/DC/继电器模拟量都是：2输入1输出。

模拟量输入类型：单端输入；电压范围：±10V ；数据字格式，满量程：- 32,000 至+ 32,000模拟量输入接线端子是：M, A+, B+解释如下：第一个模拟量输入：M与A+之间仅可以输入电压，不可输入电流，可以是正电压，也可以是负电压，两端之间电压不是20伏，可以是正10伏，也可以是负10伏。