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PLC对信号的处理过程分析研究

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第２５卷第５期　２００８年９月　贵州大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．５　

Ｓｅｐ．２００８　

文章编号１０００—５２６９（２００８）０５—０４８３—０３　ＰＬＣ对信号的处理过程分析研究　

卞和营　，李增权　（１．平顶山学院电气信息工程学院，２．河南质量工程职业学院，河南平顶山４６７０００）　

摘要：本文针对应用ＰＬＣ做闭环控制时对信号的处理过程进行了深入分析研究，提出了该类　控制系统近似看作闭环数字控制系统在建模分析时理论与实际情况更接近的思想，为相关技术　人员提供了一定的理论根据。　关键词：ＰＬＣ；信号处理；闭环控制；Ａ／Ｄ转换；Ｄ／Ａ转换　中图分类号：ＴＰ２７３；　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ｓｉｇｎａｌ　ＢＩＡＮ　Ｈｅ—ｙｉｎｇ　，ＬＩ　Ｚｅｎｇ—ｑｕａｎ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　４６７０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　４６７０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｉｇｎａｌ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｉｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｈｅｎ　ＰＬＣ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｃｌｏｓｅｄ—　ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａｎ　ｉｄｅａ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｙ　ｂｅ　ｌｏｏｋｅｄ　ｏｎ　ａｓ　ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｐ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｕｒｉｎｇ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ　ｍａｔｈ　ｍｏｄｕｌｅ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅｏｒｙ　ｆｏｕｎｄａ—　ｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ；ａｎａｌｏｇ／ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｄｉｇｉｔａｌ／ａｎａｌｏｇ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　

Ｏ　引言　目前在工业生产中ＰＬＣ在闭环控制系统中的应用越来越广泛，而且常常把ＰＬＣ对信号的处理过程看　作是连续的，忽略了ＰＬＣ对信号的实际的处理情况　Ｊ，虽然有些情况下能达到控制要求，但对于一些要求　控制精度较高的控制系统，就不能再视为连续的了，否则建立的数学模型与实际系统的情况相差就较大，　进而造成对实际系统分析的困难　Ｊ。因此，深入了解ＰＬＣ对信号的实际处理情况是很有必要的。本文正　是基于在研究课题电液位置闭环控制系统建模过程中，对于把ＰＬＣ对信号的处理看作是连续的还是离散　的或是数字的这个问题，查阅了大量的相关资料，经过实践验证对比分析，认为把应用ＰＬＣ构成的闭环控　制系统中ＰＬＣ对信号的处理看作是数字的效果较理想，为此，本文把ＰＬＣ对信号的实际处理过程进行了　深入分析，希望能为相关技术人员提供一定的理论根据。　１　ＰＬＣ的功能结构原理图　图１为ＰＬＣ在闭环控制系统中的功能结构原理图。　图１中虚线框内为ＰＬＣ的功能结构部分，Ｄ／Ａ为数模转换器，Ａ／Ｄ为模数转换器，ＰＬＣ的参考输入　为数字量，输出信号为模拟量，反馈信号也为模拟量。　２　ＰＬＣ对信号的实际处理过程分析　从图１可以看出，由于参考输入是数字量，所以在反馈值与参考输入进行比较前必须要经过Ａ／Ｄ转　换为数字量，因此求和运算之后的误差信号也是一个数字信号，但是这个数字信号不能直接输入到控制对　

收稿日期：２００８—０７—１４　作者简介：卞和营（１９７１一），男，讲师，研究方向：机电一体化技术。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 贵州大学学报（自然科学版）　第２５卷　象（输入到控制对象的信号为电压或电流模拟信号），所以要　经过Ｄ／Ａ（数字量转换为模拟量）之后才能输入到控制对象。　下面详细分析Ａ／Ｄ转换和Ｄ／Ａ转换的过程。　２．１　Ａ／Ｄ转换　图１中，Ａ／Ｄ转换是将模拟信号变为数字信号，Ａ／Ｄ转换　的过程可以看作采样、量化和编码的过程　。　采样的过程可以用一个采样开关形象的表示，见图２。　假设采样开关每隔一定的时间Ｔ闭合一次，Ｔ称为采样　周期，采样频率为　

＝　一　而采样角频率为　

图１　ＰＬＣ功能结构原理图　

图２采样开关　＝了２７ｒ＝２　

经过采样开关之后，连续信号ｅ（ｔ）变为离散信号ｅ　（￡），ｅ　（ｔ）的表达式为　ｅ　（　）＝∑ｅ（后　）　（　一ｋｒ）　ｋ＝０　式中：ｅ（ｋＴ）表示ｅ（ｔ）在ｋＴ时刻的值　

由上述采样过程的分析可知，采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，因此采样信号不能直　接进入数字计算机，还需经过量化，变成数字信号后才能被数字计算机接收和处理。　量化就是用一组二进制数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将离散采样信号转　换为数字信号的过程称为量化过程，即采样信号经整量化后成为数字信号的过程称为量化　。模拟信号　的特点是具有无穷多的数值，而一组数码的值是有限的，因此用一定位数的数码来逼近模拟信号是一种近　似的表示。如果用一个ｎ位的二进制数来逼近在Ｖ　ｉ　一Ｖ　范围内变化的采样信号，得到的数字量在０～　２“一１之间，其最低有效位所对应的模拟量称为量化单位，即　一　ｑ　

量化过程实际上是用ｑ去度量采样值幅值大小的小数归整过程，因而存在量化误差。如果采用的是　四舍五人，量化误差的最大值为±ｑ／２。　例如“四舍五入”整量化过程：天平称物体重量的法码种类有１　ｇ、２ｇ、…、２＂ｇ，如果物体重１Ｏ．４ｇ，０．４ｇ　被舍去，则称得结果是１０ｇ。这个例子说明了采样信号和数字信号的差别。例中１Ｏ．４ｇ相当于采样信号，　而１０ｇ则相当于数字信号。如果要称的物体重１０．６ｇ，则可称得结果为ｌｌｇ。这样一种四舍五入的小数归　整的过程，即为整量化。又例如模拟信号Ｖ　＝１０Ｖ，Ｖ　ｉ　＝０Ｖ，取ｎ＝８，则ｑ＝１０Ｖ／（２　一１）　４ｍｖ，量化　误差最大值ｅ　＝＂４－ｑ／２一±２ｍＶ。　由以上分析可以看出，量化误差随机地分布在＋ｑ／２～一ｑ／２之间。量化相当于在系统中引入了随　机噪声信号，当ｑ较大时，将使系统产生运动不平滑的现象。但在Ａ／Ｄ位数足够多的情况下，当经整量化　而舍去的量足够小的时候，可以认为数字信号近似于采样信号，在这个假设下，对控制系统的分析，可以沿　用采样理论来进行。如果Ａ／Ｄ位数足够多，采样频率也足够高，这样就可以用采样、量化后得到的一系列　离散的二进制数字量来表示某一时间上连续的模拟信号　。　编码就是将量化后的数值变成按某种规则编码的二进制数码，即计算机可以处理的信号。　综上所述，Ａ／Ｄ转换是经过采样、量化和编码把模拟量变为数字量的过程。　２．２　Ｄ／Ａ转换　图１中的Ｄ／Ａ转换器是将数字信号转换成模拟信号，此过程可以看成解码和保持的过程。　解码就是根据Ｄ／Ａ转换器所采用的编码规则将数字信号折算成对应的电压或电流值Ｘ（ｋＴ）。这个　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期　卞和营等：ＰＬＣ对信号的处理过程分析研究　电压或电流值仅仅是对应各采样时刻的，而相邻两采样时刻之间的值还没有确定。　保持就是解决各相邻采样时刻之间的插值问题，将离散时间信号变成连续的时间信号。实现保持功　能的器件称为保持器。保持器有各种类型，Ｄ／Ａ转换器中一般使用零阶保持器，其传递函数通常记为　｝｛０（ｓ）　。零阶保持器是一种具有常值外推功能的保持器。它将采样时刻ｋＴ时的电压或电流值不增不　减地保持到下一个采样时刻（ｋ＋１）Ｔ到来之前。经零阶保持器之后，Ｄ／Ａ转换器输出的模拟信号记为　Ｘ　（ｔ），则有　（ｋＴ＋丁）＝　（ｋＴ）０＜ｒ＜Ｔ　当下一个采样时刻（ｋ＋１）Ｔ到来时，应保持ｘ（ｋ＋１）Ｔ的值继续外推。也就是说，任何一个采样时刻　的离散信号值只能作为常值保持到下一个相邻的采样时刻到来之前，其保持时间只有一个采样周期。零　阶保持器的输出ｘ　（ｔ）为阶梯信号。如图３所示ｘｈ∽　综上可知，Ｄ／Ａ转换器是把数字量信号转换为相应的模　拟量信号的过程。　通过上述分析可知，ＰＬＣ内部的比较器处理后的偏差值　是一个数字量，该数字量经Ｄ／Ａ转换为模拟量后去控制执行　元件，而且在反馈部分离散信号又经过Ａ／Ｄ量化为数字信　号，可知在应用ＰＬＣ构成的闭环控制系统中即存在数字信号　又存在连续信号，根据被控对象连续而控制器为数字式的控　制系统称为数字控制系统的概念　ｊ，该类系统可近似看作一　个闭环数字控制系统。　３结束语　

图３零阶保持器的输出特性　

本照上述思路对课题电液位置闭环数字控制系统进行了建模与分析，在对该系统进行多次试验修正　后，构建的电液位置闭环数字控制系统的精度可达到９９．７５％。实践证明，对于应用ＰＬＣ构成的闭环控制　系统近似看作数字闭环控制系统在建模分析时理论与实际情况更接近，更有利于调试系统。本文把ＰＬＣ　对信号的实际处理过程进行了深入分析，希望能为相关技术人员提供一定的理论根据。　

参考文献：　［１］Ｐ　ＣＬＥＡＶＥＬＡＮＤ．Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ　ａｄａｐｔ　ｔｏ　ｎｅｗ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｎｅｅｄｓ［Ｊ］．Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，２００１．４．　［２］杨树兴．计算机控制系统一理论、技术与应用［Ｍ］．北京：机械工业社，２００６：１６—３２．　［３］梅晓榕．自动控制原理［Ｍ］。北京：科学出版社，２００２：２０２—２２６．　［４］丁玉美　数字信号处理［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００２：１９—２２　［５］徐丽娜．数字控制一建模与分析、设计与实现［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６：４７—６２．　

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PLC执行用户程序的过程

PLC执行用户程序的过程

PLC执行用户程序的过程PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的计算机硬件设备，其执行用户程序的过程是整个自动化控制系统中最关键的一环。

本文将从PLC执行用户程序的基本原理、步骤和注意事项等方面进行阐述。

1. PLC执行用户程序的基本原理PLC执行用户程序的基本原理是基于输入、处理和输出的概念。

PLC通过读取输入信号，对这些信号进行逻辑处理，并根据结果控制输出信号，从而实现对外部设备的控制。

PLC执行用户程序的过程中，主要包括以下几个步骤：2. PLC执行用户程序的步骤步骤1：读取输入信号在执行用户程序之前，PLC首先需要读取输入信号。

输入信号通常来自于传感器、按钮、开关等外部设备。

PLC通过输入模块将这些信号读取进来，并通过其中的转换器将其转换为数字信号，以便后续的逻辑处理。

步骤2：逻辑处理在读取输入信号之后，PLC将对这些信号进行逻辑处理。

逻辑处理是PLC执行用户程序的核心步骤之一，其目的是根据输入信号的状态，对PLC内部的逻辑元件进行状态改变，进而决定输出信号的状态。

步骤3：控制输出信号经过逻辑处理后，PLC将根据内部逻辑元件的状态，控制输出信号。

输出信号可以控制电机、阀门、显示器等外部设备的开关状态，从而实现对这些设备的控制。

步骤4：循环执行PLC一般采用循环执行的方式，反复执行用户程序。

即在控制输出信号之后，再返回步骤1，继续读取输入信号，并经过逻辑处理，控制输出信号。

这个循环的过程将持续运行，直到PLC接收到停止命令。

3. PLC执行用户程序的注意事项注意事项1：用户程序的编写用户程序的编写是PLC执行用户程序的前提，用户应根据实际需求编写合适的程序。

程序设计应符合逻辑规范，尽量避免复杂的嵌套和逻辑错误。

注意事项2：IO设备的配置在执行用户程序之前，需要将IO设备与PLC正确地连接和配置。

输入模块和输出模块的选择应与实际需求相匹配，并在配置过程中遵循正确的电气接线标准。

注意事项3：程序的调试与测试在编写完用户程序并配置好IO设备后，用户应进行程序的调试与测试。

PLC数据采集与处理

PLC数据采集与处理

PLC数据采集与处理工业环境中需要对各种参数进行监测和控制，如温度、湿度、压力、流量等。

数据采集是一个重要的过程。

其中，PLC数据采集和处理技术成为了一种经典的方法。

PLC即可编程逻辑控制器，它是一种功能强大，易于使用的控制器。

本文将对PLC数据采集和处理技术做简单介绍。

一、PLC简介PLC是一种以可编程存储器为核心，利用编程语言编制控制程序，完成工业自动化的过程控制和生产流程的控制设备。

它可以完成多种复杂动作控制，并能将输入信号进行处理，驱动执行器控制输出。

PLC的编程语言可以自由组合，所以它非常灵活。

二、PLC数据采集原理PLC采集数据的原理就是利用I/O模块对外部传感器、执行机构等进行数据采集和输出控制。

PLC的输入端和输出端都需要安装I/O模块。

I/O模块有几个通道，每个通道都连接一个传感器或执行机构。

PLC可以从这些传感器中读取到温度、湿度等参数值，并通过程序进行处理和控制。

三、PLC数据采集与处理技术的优点1. 稳定性好：PLC具有高可靠性和稳定性，可以满足海拔高度、温度、湿度等复杂恶劣环境的要求。

2. 实时性强：PLC不受计算机中断、操作系统调度等干扰，对I/O的响应速度非常快，实现实时采集和控制。

3. 灵活性高：PLC的编程语言可以根据需要进行编译和修改，提高生产效率和应用范围。

4. 安全性高：PLC可设置密码、权限等多种控制功能，提高系统的安全性。

5. 维护成本低：相较于其他方式，PLC的维护成本非常低，且易于维护。

四、PLC在数据采集和处理过程中的应用1. 环境温湿度监控：通过传感器采集环境温湿度等参数，PLC计算并输出，实现自动控制。

2. 流量监控：通过流量计采集流量数据，PLC根据传感器数据计算并输出，控制流量控制阀的开关机。

3. 工业机器人控制：PLC接收来自计算机的指令控制工业机器人进行各种复杂操作，并对机器人所掌控各种的监控参数进行采集与处理。

五、结论PLC数据采集与处理技术在工业领域拥有广泛的应用。

基于plc的毕业设计论文

基于plc的毕业设计论文

基于plc的毕业设计论文基于PLC的毕业设计论文引言：近年来，自动化技术在工业领域得到了广泛应用，其中基于可编程逻辑控制器（PLC）的系统在自动化控制方面具有重要地位。

本篇论文将探讨基于PLC的毕业设计，旨在通过深入研究和实践，提高学生对PLC技术的理解和应用能力。

一、PLC技术概述1.1 PLC的定义和发展PLC是一种专门用于工业自动化控制的计算机控制系统，它具有可编程、可扩展、可靠性高等特点。

自20世纪60年代问世以来，PLC技术经历了多个发展阶段，从最初的继电器逻辑控制到现代化的数字化控制系统，不断满足了工业自动化的需求。

1.2 PLC的工作原理PLC系统由中央处理器、输入模块、输出模块和编程设备等组成。

其工作原理是通过输入模块采集外部信号，经过中央处理器的逻辑运算和控制算法处理后，再通过输出模块控制执行器或执行设备实现自动化控制。

二、基于PLC的毕业设计案例分析2.1 设计目标和需求以某工厂生产线上的自动化控制系统改进为例，设计目标是提高生产效率、降低人力成本和减少人为错误。

需求包括对生产流程的实时监控、故障检测和报警、自动化控制等。

2.2 系统设计和实施通过对生产线进行调研和分析，设计了基于PLC的自动化控制系统。

首先，确定了输入信号和输出信号的类型和数量，然后编写了相应的PLC程序。

接着，进行硬件的布线和连接，安装输入输出模块，并进行调试和测试。

最后，对系统进行了实时监控和性能评估。

2.3 结果和效果经过设计和实施，该自动化控制系统取得了显著的效果。

生产线的生产效率提高了20%，人力成本减少了30%，人为错误率降低了50%。

同时，系统的稳定性和可靠性也得到了显著提升。

三、PLC技术在工业领域的应用前景3.1 工业自动化的发展趋势随着信息技术的不断发展，工业自动化正朝着智能化、网络化和柔性化的方向发展。

PLC作为核心控制设备，将在工业领域的应用中发挥越来越重要的作用。

3.2 PLC技术的应用领域PLC技术广泛应用于各个工业领域，如制造业、能源行业、交通运输等。

)PLC 内部的信号滤波算法：

)PLC 内部的信号滤波算法：

（2）PLC 内部的信号滤波算法：信号滤波在功能上分为输入信号的采样、储存，数据分析处理、滤波，信号输出等环节：1）采样、存储环节：PLC 系统接受模拟量信号后，首先进行可控周期、可控数量的采样，采样采取FIFO 算法，保证数据的实时性。

保证在任何时间段内采集存储的的数据都是最新、最近的。

2）数据处理排序环节：利用冒泡算法对采集的数据排序。

3）数据处理均值环节：去除 N 个最大值、最小值。

对剩余的数据进行均值处理。

控制框图如下：3 滤波系统功能详细介绍：考虑到数据采样的连续性以及在特定的时间段内要保留一定数量的连续的采样数据，在系统中定义一个FIFO 数据链表，采样数据按照时间顺序依次进入链表，当链表数据个数N（可调）一定时，那么着N 个采样值就是一段时间内的连续采样值。

在采样过程中从频率根据具体情况进行调整。

采样数据的最大值和最小值在采样过程中有可能受到干扰，或者采集的数据与其它值有较大偏离，其采样可靠度不如其他中间数据可靠，在运算中将规定数量（可调）的最值除去。

采用冒泡算法对数据排序，然后分别除去两端的一定个数（可调）的最大值和最小值。

最后剩余的数据均值处理。

4 方案模块化：本次应用的特点就是将上述功能模块化集中在一个功能块FC 中，任何时候只要调用此功能块，就可实现采样滤波功能，通过调整功能块参数（爪子），可以实现可变频率采样，可变数量采样等数据滤波功能。

本功能基于Siemens S7-400PLC 系统设计，采用SCL编程语言，功能块参数描述如下：Input：I_main：模拟量输入信号S_EN：功能允许信号S_TRG：采样允许信号F_SEL：需要去除的最值个数S_NO：采样个数S_ARR：采样寄存器Output：O_main：滤波后信号输出。

S_ok：采样滤波计算正常。

调用此功能块的程序如下：FC10为采样功能块CALL FC 10 （I_main ：= MD 300，S_EN：= L 20.0，S_TRG：= L 20.1，F_SEL：= MW 502，S_NO：= MW 504，O_main：= MD 404，S_ok：= M 506.0，S_ARR：= DB10.ARR）;5 应用体会采用此滤波功能后，对速度相应要求相对较慢的张力数据采集有较好的滤波效果。