第七章_复杂功能指令模拟量3(模拟量处理及PID回路指令).ppt

模拟量的处理,自动化专业,主讲:,第七章复杂功能指令-2,模拟量的处理,1.模拟量电位器的使用,主机模块上模拟量电位器数量CPU221、222有1个CPU224、224XP、226、226XM有2个,模拟量电位器值的存储单元,模拟量电位器的值通过内部电路进行A/D转换为8位的数字量信号。,其值存放在：模拟量电位器0的值存放在SMB28中；模拟量电位器1的值存放在SMB29中。,电位器值的变化范围,模拟量电位器的值与其位置有关，用螺丝刀调节电位器，来改变其值。模拟量电位器值的调整范围:0255。,【例7-10-1】模拟量电位器应用举例：用模拟量电位器0的值作为定时器的预置值，要求：预置值可以调整,调整的范围是：200ms1.48s，且每个定时之后，使QB0加1。,解：电位器的调整范围是：SMB28=0255要求时间的调整范围是：T=2001480ms,T33（10ms定时器）的设定值为：,T33的设定值与电位器值之间的关系：PT=SMB28220,模拟量电位器的应用控制程序,N,2.模拟量扩展模块,1）S7-200PLC的模拟量扩展模块,标准模拟量扩展模块,输入模块EM2314AI输出模块EM2322AO输入/输出模块EM2354AI/1AO,这些扩展模块的输入/输出都是标准模拟量信号。,模拟量输入模块EM231的量程：单极性电压:010V，05V；双极性电压:5V，2.5V电流：020mA量程用模块上的DIP开关来设置,输入数据字的格式及范围,模拟量输入模块EM231的A/D转换精度:提供12位的A/D转换器，数据字的格式：,最高位是符号位：0-正值，1-负值。,单极性模拟量输入数据字格式,最低3位为0，12位A/D转换的数据值是放在第314位区域，最高位是零，正值数据。单极性模拟量全量程输入对应的数字量的范围是:032000，值域：32000。,双极性模拟量数据字格式,最低4位为0，12位A/D转换的数据值放在第415位区域,最高有效位是符号位。双极性模拟量全量程输入对应的数字量的范围是:32000+32000，值域64000。,模拟量输入模块EM231的外部接线图,输入端子,工作电源,增益电位器,DIP开关,电压输入时接两个端子（A+、A-）；电流输入时接三个端子（RC，C+，C-），RC与C+端子短接；未用的输入通道应短接（B+、B-）。,模拟量输入模块的接线,模拟量输入模块需要DC24V工作电源,DIP开关:用3个DIP开关的状态组合来设置输入信号的量程。,每个模拟量输入模块上的所有输入信号必须一致。必须都是电流信号、或都是相同等级的电压信号。,模拟量输出模块EM232的特性,功能：实现D/A转换，将PLC输出的数字信号转化成连续变化的模拟量信号，驱动负载。,模拟量输出模块EM232的输出量程：电压输出:10V，电流输出:020mA,模拟量输出模块EM232的D/A转换精度:提供12位的D/A转换器。,电压输出的数据字格式,数据字的低4位为0，12位D/A转换数据值放在第415位区域，最高位是符号位。满量程电压输出对应的数字量范围：-32000+32000,电流输出数据字格式,数据字的低4位为0，12位D/A转换数据值存放在第415位区域，最高位是0，正值数据。满量程电流输出对应的数字量范围：0+32000,模拟量输出模块的接线图,（EM232）,输出端子,工作电源,模拟量输出模块的外部接线,每个输出模块有二路输出（3个端子一组）可以输出10V电压或020mA电流信号；电压负载时：V0端接负载正极、M0接负载负极。电流负载时：I0端接负载正极、M0接负载负极。模块需要直流24V工作电源。,模拟量输入/输出模块EM235的特性,EM235具有4个模入通道、1个模出通道。电压输入范围：单极性：050mv、0100mv、0500mv、01V、05V、010V。双极性：25mv、50mv、100mv250mv、500mV、1V、2.5V、5V、10V。,电流输入范围：020mA,EM235,模拟量混合输入/输出模块的接线,输入端子,工作电源,输出端子,DIP开关,EM235的输入功能及接线同于EM231；EM235的输出功能及接线类似于EM232。EM235需要直流24V工作电源。EM235利用DIP开关设置输入信号的量程。,EM235的DIP开关的设置,【例7-10-2】模拟量采集处理的应用举例用算术平均值滤波法采样模拟量，对模拟量多次采样，求和，求平均值。解：选择模拟量扩展模块：主机型号为CPU224，模拟量扩展模块选EM235，输入为010V的电压信号。连接CPU与模拟量扩展模块EM235；用DIP开关设置输入信号的量程为010V；SW1SW6的状态：OFF/ON/OFF/OFF/OFF/OFF/ON,PLC控制程序如下：,DI,DW,1.用PLC实现PID控制的方法,使用PID模块模块中固化了由PLC厂家设计的PID控制程序。特点：用户使用时只需设置一些参数，使用方便，但价格昂贵。,7-10PID回路指令,使用PID功能指令用PID控制指令，与模拟量输入输出模块配合使用，达到控制要求，价格便宜。,用自编的程序实现PID闭环控制有些PLC没有PID过程控制模块和PID功能指令，或者虽然有PID控制指令，但是希望采用某种改进的PID控制算法。就可以用自己编写PID控制程序。,3.PID算法,典型模拟量闭环控制系统方框图,PID控制器的输出M(t)的计算公式：,计算机模拟量闭环控制系统方框图,、,、,用离散化处理把PID算法变成周期性采样偏差。第n次采样时PID控制器的输出为：,PID运算需要9个参数，按照固定的顺序和格式存放在一个由用户指定的回路参数表中.,PID回路参数表,指令说明,回路参数表中各参数有规定的排列顺序；参数的长度是双字/实数，地址偏移量是4个字节；参数的数据类型：pvn、spn、Mn、pvn-1、Mx是0.01.0之间的标准化实数;是没有量纲的标幺值。Kc、Ts、TI、TD是浮点型实数。有量纲。,4.PID指令(Proportional,Integral,DerivativeLoop),指令功能：EN=1时，利用回路参数表中输入的参数和组态信息，在LOOP指定的回路上进行PID运算。,回路参数表起始地址；,回路号,指令格式：,1个用户程序中最多可有8条PID回路指令，不同的PID指令必须使用不同的回路号。,数据类型：TBL：字节型数据，VBx；LOOP：是07的常数。,5PID回路指令的使用,1）回路输入变量的转换与标准化,输入变量的转换是将过程变量PVn：,转换方法：,用ITD指令，将16位整数转化为32位双字整数用DTR指令，将32位双字整数转化为32位浮点型实数,32位浮点型实数转化为标准化实数：,值域span：单极性模拟量取32000双极性模拟量取64000偏置offset：单极性模拟量取0双极性模拟量取0.5,从输入通道AIW0对单极性模拟量进行采样、转换，并填入回路参数表程序。,2）回路输出转化为成比例的整数,回路输出转化是完成:,回路输出转化的步骤：,对双极性模拟量进行PID运算,将输出转换，并从模拟量输出通道AQW0输出的程序。,6选择PID回路类型,控制对象不同，对特性要求不同，选择的PID回路类型也不同。必须根据系统对动态品质、稳态精度和调节速度的要求来合理选择P、I、D回路中的一种或多种控制类型。,关闭积分回路：积分项：把积分时间TI设置为无穷大，此时积分项为Mx，为初值，很小，积分作用可以忽略。,关闭相关回路的方法：,关闭微分回路：微分项：把微分时间TD设置为0，关闭微分作用。,关闭比例回路：比例项：把比例项增益Kc设置为0，可以关闭比例回路。为了保留保留积分和微分项的作用，系统在进行PID计算时，自动地把积分和微分项的增益设置为1。,7.变量的范围,Mn：PID运算的输出值，每完成一次PID运算,由系统自动更新回路参数表中的Mn值。其值范围：0.01.0。,Mx：上一次PID运算的积分和，每完成一次PID运算,由系统自动更新回路参数表中的Mx值。范围：0.01.0。,当PID运算的输出值Mn超出0.01.0的范围时，PID运算无法进行，须用公式调整Mx值。,第N次采样时的微分项,第N次采样时的比例项,8.控制方式,自动方式：当CPU进入RUN状态时，使能输入EN已为1，则为“自动”状态，CPU按照回路参数表中的参数和指定回路号周期执行PID运算。手动方式：CPU进入RUN状态时，PID的EN=0，就认为是“手动”。,“手动”方式切换到“自动”方式,为了实现平滑切换，系统会作下列调整：,/给定值=过程变量,/过程变量前值=过程变量当前值,/积分项前值=输出值,用户程序初始化时，必须把手动方式下的设定输出值填入回路参数表的Mn栏内。,【例7-10-1】PID指令应用实例有一个水箱，带有进水管和出水管，进水管的水流量随时间不断变化，要求控制出水管阀门的开度，使水箱内的液位始终保持在水箱满水位的50。用液位计检测水位高度。,假设用比例、积分、微分控制，并采用下列控制参数：Kc=0.4，Ts=0.2s，Ti=30min，Td=15min。,解：题目分析系统输入：液位计检测的水位高度，为单极性模拟量给定值是满水位的50%系统输出：出