PLC模擬量處理功能.ppt

1、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,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，會編寫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)、編寫控制程序。,6.1 S7-200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EM

2、231模擬量輸入熱電阻模塊。,（1）EM231模擬量輸入模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)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,（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，使用時要特別注意輸入信號的規(guī)格，不得超出其使用極限值： 數(shù)據(jù)格式 對單極性為-32000+32000，對雙極性為032000 輸入阻抗 大于等于10M 最大輸入電壓 30VDC 最大輸入電流 32mA 分辨率 最小滿量程電壓輸入時，為1.25mV；電流輸入時為5A 輸入類型 差分輸入型 輸入電壓電流范圍 輸入電壓范圍：對單極性為05V或010V 對雙極性為5V或2.5V 輸入電流

3、范圍：020mA 模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時間 小于250s,模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)置開關(guān)的作用,（3）EM231模擬量輸入模塊輸入信號的整定,輸入信號進行整定，輸入信號的調(diào)整步驟如下： 在模塊脫離電源的條件下，通過DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍； 接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘； 用一個電壓源或電流源，給模塊輸入一個零值信號； 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，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法得到校正；圖6-4 EM231轉(zhuǎn)換曲線偏置誤差32000010V 將一個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

4、，或所需要的數(shù)值。,經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入電壓范圍為010V的模擬量信號，則對應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為032000或所需要數(shù)字，其關(guān)系如圖6-4所示。,2EM231熱電偶模塊及熱電阻模塊 EM231熱電偶模塊是專門用于對熱電偶輸出信號進行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），還可用于測量0到+/-80mV范圍的低電平模擬信號。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轉(zhuǎn)為數(shù)字量信號的智能模塊，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。,圖6-5 熱電偶輸入模塊端子示意圖,圖6-6 熱

5、電阻輸入模塊端子示意圖,6.1.2 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,圖6-7 EM232模擬量輸出模塊外部接線圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,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位，最低4位在轉(zhuǎn)換為模擬量輸出值時，將自動屏弊。,2. EM232模擬量輸出模塊的輸出性能,6.1.3 EM235模擬量輸入輸出混合模塊,圖6-9 EM235輸入輸出混合模塊端子、DIP設(shè)置開關(guān)及校準(zhǔn)電位器示意圖,EM235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

6、同，它增加了一個偏置電壓調(diào)整回路，通過調(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范圍更加細致，以便適應(yīng)其更加廣泛的場合。EM235模塊的輸出特性同EM232模塊，此處不再秉述。,EM235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整定的步驟： 在模塊脫離電源的條件下，通過DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍（見表6-5）。 接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘。 用一個電壓源或電流源，給模塊輸入一個零值信號。 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。

7、將一個滿刻度的信號加到模塊輸入端，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010V的模擬量信號，則對應(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。,6.2.1 模擬量輸入信號的整定,模擬量輸入信號的整定需要考慮以下問題：,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)化問題,線性化問題,模擬輸入量的轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化,XORD AC0，AC0 /清累加器AC0 MOVW AIW0，AC0 /讀模擬量存入AC0 LDW= AC0，0 /若模擬量為正 JMP K

8、0 /則轉(zhuǎn)到標(biāo)號為K0的程序段進 行直接轉(zhuǎn)換 NOT /否則(即模擬量為負(fù)) ORD 16#FFFF0000，AC0 /AC0中的符號處理 LBL K0 DTR AC0，AC0 /將32位整數(shù)格式轉(zhuǎn)換為實數(shù)格式 /R 64000.0，AC0 /將AC0中的值標(biāo)準(zhǔn)化 +R 05，AC0 /將所得結(jié)果轉(zhuǎn)移到范圍0.0，1.0 MOVR AC0，VDl00 /將標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果存入PID運算數(shù)據(jù) 存儲區(qū),數(shù)字量信號的濾波方法,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。但這種濾波方法對于強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，消

9、除的方法是對多次采樣值進行累加后，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。,6.2.2 模擬量輸出信號的整定,在模擬量輸出信號整定過程中，需考慮模擬量信號的最大范圍、DA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程是一個線性處理過程。各輸出量的位值，由輸出的實際控制量范圍與最大數(shù)字量位值的關(guān)系確定。,在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，PID控制器的作用就是通過調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由給定量(SP，希望值)與過程變量(PV，實際值)之差來確定。,6.3 模擬量PID調(diào)節(jié)功能,PID系統(tǒng)的組成,6.

10、3.1 PID算法 1連續(xù)系統(tǒng)的PID算法,Y(t):回路控制算法的輸出(為時間的函數(shù))； KC:回路增益； e(t):誤差(給定值與過程變量之差)； Minitial:回路控制算法輸出的初始值; TI :積分時間常數(shù)；就是積分項的輸出量每增加與比例項輸出量相等的值所需要的時間。 TD :微分時間常數(shù)；就是對于相同的輸出調(diào)節(jié)量，微分項超前于比例項響應(yīng)的時間。,6.3.1 PID算法 3離散系統(tǒng)的PID算法,Yn為在采樣時刻n計算出的回路控制輸出值； SPn為在采樣時刻n的給定值； PVn為在采樣時刻n的過程變量值。 PVn-1為在采樣時刻n-1的過程變量值。 T為采樣周期； YX為在采樣時刻n

11、-1的積分項(也稱為積分和),=,6.3.1 PID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)開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線確定Kc、t和T； (2)計算系統(tǒng)響應(yīng)率 RKc/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=0.27 Kc/R.t2； (5)若采用PID,則取Kc=(1.22)/R.t，KI0.5Kc/t，KD=0.5Kct。,=,6.3.2 PID回路(PID Control Loop)指令 1指令格式,LOOP為回路號，可在0-7范圍選??；TBL為回路表的起始地址，指定PID運算

12、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)，進行PID運算。,TBL，LOOP,PID,3回路表,4控制方式及特殊操作 ： 設(shè)有手動、自動切換機制，自動方式是指周期性的執(zhí)行PID運算的方式；而手動方式則是指不執(zhí)行PID運算的情況。為了保證由手動方式向自動方式的切換沒有沖擊，須將手動方式中設(shè)定的輸出值作為PID指令的一個輸入寫入到控制參數(shù)表中的Yn 值中，然后才可切換到自動方式。,二PID回路控制指令應(yīng)用,=,2PID指令應(yīng)用注意的問題 環(huán)路編號的限制 ; 出錯標(biāo)志位 標(biāo)準(zhǔn)化問題及其逆問題 手動自動無抖動切換 根據(jù)被控對象的動力

13、學(xué)特性的不同，控制量對過程變量的作用會不同 環(huán)路增益Kc,設(shè)給定量為滿水位的75，擬采用PI控制，參數(shù)為：Kc=0.25，T=0.1s，TI=30m。要求開機后先由手動控制水泵，一直到水位上升為75時，通過輸入點I0.0的置位切入自動狀態(tài)。,本章小結(jié) 本章介紹了PLC模擬量輸入輸出模塊的結(jié)構(gòu)及作用，模擬量信號的處理內(nèi)容及PID模擬量調(diào)節(jié)功能的PLC實現(xiàn)方法。 1PLC模擬量處理功能通過模擬量輸入輸出模塊來完成。模擬量輸入輸出模塊是PLC內(nèi)部數(shù)字量與外部設(shè)備模擬量之間的接口模塊。被控過程量經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受的數(shù)字量后，經(jīng)過PLC的數(shù)據(jù)處理，最后輸出控制結(jié)果?？刂平Y(jié)果可以是數(shù)字量通斷信號的輸出，也可以是連續(xù)的模擬量電壓電流的輸出。連續(xù)的模擬量電壓電流的輸出需通過模擬量輸出模塊輸出給執(zhí)行器件，以達到模擬量控制的目的