S7-200模拟量单元及PID指令

1、第一节第一节 S7-200 EM235模拟量模块模拟量模块1. 模拟量模块的外部接线方式模拟量模块的外部接线方式 模拟量模块主要分为模拟量模块主要分为3种，即模拟量输入模块种，即模拟量输入模块EM231(4路模拟路模拟量输入量输入)、模拟量输出模块、模拟量输出模块EM232(2路模拟量输出路模拟量输出)和模拟量和模拟量I/O组组合模块合模块EM235(4路模拟量输入、路模拟量输入、1路模拟量输出路模拟量输出)。下面以组合模。下面以组合模块块EM235为例说明其模拟量为例说明其模拟量I/O接线方式。接线方式。24V DC电源正极接入模块左下方电源正极接入模块左下方L+端子，负极接入端子，负极接入

2、M端子。端子。EM235模块的上部端子排为标注模块的上部端子排为标注A、B、C、D的四路模拟量的四路模拟量输入接口，可分别接入标准电压、电流信号。输入接口，可分别接入标准电压、电流信号。未用的接口要将未用的接口要将C+与与C-端用短路子短端用短路子短接，以免受到外部干接，以免受到外部干扰。扰。下部端子为一路模拟量输出端的下部端子为一路模拟量输出端的3个接线端子个接线端子MO、VO、IO，其中其中MO为数字接地接口，为数字接地接口，VO为电压输出接口，为电压输出接口，IO为电流输出为电流输出接口。接口。在进行接线时应注意以下几点。在进行接线时应注意以下几点。(1) 传感器接线的长度应尽可能短，并

3、使用屏蔽双绞线传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线。(2) 敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。(3) 避免将信号线与电源线路平行接近布置。避免将信号线与电源线路平行接近布置。(4) 使用高质量的使用高质量的24V DC传感器电源，以保证无噪声传感器电源，以保证无噪声及稳定运行。及稳定运行。2. 模拟量模块的特点模拟量模块的特点 (1) 模拟量转换精度高，模拟量转换精度高，A/D转换达到转换达到12位。位。EM231模块单极性输模块单极性输入入0V5V、0V10V、0mA20mA满量程精度可达满量程精度可达0.01%。I/O数据数据格

4、式如图所示。格式如图所示。 输入数据格式输入数据格式F32100数据值数据值12位位000MSB单极性数据单极性数据LSBF43210数据值数据值12位位0000MSB双极性数据双极性数据LSB输出数据格式输出数据格式F32100数据值数据值12位位000MSB电流输出数据格式电流输出数据格式LSBF43210数据值数据值12位位0000MSB电压输出数据格式电压输出数据格式LSB(2) 有多种量程输入范围，可通过有多种量程输入范围，可通过DIP开关进行设置。如图所示。开关进行设置。如图所示。单极性单极性满量程输入满量程输入分辨率分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONO

5、FFON0mV50mVOFFONOFFONOFFON0mV100mVONOFFOFFOFFONON0mV500mVOFFONOFFOFFONON0V1VONOFFOFFOFFOFFON0V5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0mV20mAOFFONOFFOFFOFFON0V10V2.5mV25V12.5V125V12.5V25V125V双极性双极性满量程输入满量程输入分辨率分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF25mVOFFONOFFONOFFOFF50mVOFFOFFONONOFFOFF100mVONOFFOFFOFFONOFF250mV25V

6、250V双极性双极性满量程输入满量程输入分辨率分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6OFFONOFFOFFONOFF500mVOFFOFFONOFFONOFF1VONOFFOFFOFFOFFOFF2.5V1.25mVOFFONOFFOFFOFFOFF5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF10V5mV500VEM235的的DIP开关开关单单/双极双极性性增益增益衰减衰减SW1SW2SW3SW4SW5SW6ON单极性单极性OFF双极性双极性OFFOFF1OFFON10ONOFF100ONON无效无效ONOFFOFF0.8OFFONOFF0.4OFFOFFON0.2EM235选择单选择

7、单/双极性、增益和衰减双极性、增益和衰减若所有输入设置成相同的模拟量输入范围和格式，则可若所有输入设置成相同的模拟量输入范围和格式，则可通过开关通过开关1到开关到开关6设置单设置单/双极性、增益和衰减。双极性、增益和衰减。(3) 输入接口带有模拟量输入滤波器，用以提高模拟量输入精度。输入接口带有模拟量输入滤波器，用以提高模拟量输入精度。(4) 可对模拟量输入接口进行校准和配置位置。可对模拟量输入接口进行校准和配置位置。(5) 数据采集速度高，模块可将模拟量信号在内转换为相应的数数据采集速度高，模块可将模拟量信号在内转换为相应的数字量信号。字量信号。性性 能能EM231EM232EM235通通用

8、用技技术术规规范范物理量物理量I/O数数量量4路模拟量输路模拟量输入入2路模拟量输路模拟量输出出4路模拟量输入、路模拟量输入、1路模拟路模拟量输出量输出L+电压范围电压范围DC传感器供传感器供电电20.4V28.8V20.4V28.8V20.4V28.8VLED指示器指示器ON：24V电源电源良好良好OFF：无无24V电源电源ON：24V电电源良好源良好OFF：无无24V电源电源ON：24V电源良好电源良好OFF：无无24V电源电源输输入入技技术术规规范范数据字格式数据字格式双极性：全量程双极性：全量程单极性：全量程单极性：全量程- -3200032000032000- -3200032000

9、032000最大输入电压最大输入电压30V DC30V DC最大输入电流最大输入电流/mA3232分辨率分辨率12位位A/D转换转换12位位A/D转换转换输入类型输入类型差分差分差分差分输入范围输入范围电压：单极性电压：单极性电压：双极性电压：双极性 电流电流0V5V、0V10V5V、2.5V0mA20mA0V5V、0V10V0V1V、0mV500mV0mV100mV、0mV50mV10V、5V、2.5V、1V、500mV、250mV100mV、50mV25mV0mA20mA250= AC0，0 /若为正，直接转换为实数若为正，直接转换为实数JMP 0 /否则，先对否则，先对AC0中的值进行符

10、号扩展中的值进行符号扩展NOT ORD 16#FFFF0000，AC0LBL 0DTR AC0，AC0 /把把32位整数转换为实数位整数转换为实数 实数值的归一化处理。实数值的归一化处理。 实数值进一步归一化为实数值进一步归一化为0.01.0之间的实数。之间的实数。noumrawpanset(/)RRSOff归一化公式归一化公式式中：式中：标准化的实数值；标准化的实数值；未标准化的实数值；未标准化的实数值；补偿值或偏置，单级性为补偿值或偏置，单级性为0.0，双极性为，双极性为0.5；值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极性为性为32000(典型值典

11、型值)，双极性为，双极性为64000(典型值典型值)。noumRrawRsetOffpanS双极性实数标准化的程序如下。双极性实数标准化的程序如下。/R 64000.0，AC0 /累加器值进行标准化累加器值进行标准化+R 0.5，AC0 /加上偏置，使其落在加上偏置，使其落在 0.01.0之间之间MOVR AC0，VD100 /标准化的值存入回路表标准化的值存入回路表(2) 回路输出变量的数据转换回路输出变量的数据转换回路输出变量是用来控制外部设备的，例如控制水泵的速度。回路输出变量是用来控制外部设备的，例如控制水泵的速度。PID运运算的输出值是算的输出值是0.01.0之间的标准化了的实数值，

12、在输出变量传送给之间的标准化了的实数值，在输出变量传送给D/A模拟量单元之前，必须把回路输出变量转换成相应的整数。这一模拟量单元之前，必须把回路输出变量转换成相应的整数。这一过程是实数值标准化的逆过程。过程是实数值标准化的逆过程。 回路输出变量的刻度化。把回路输出的标准化实数转换成实数，公式如下。回路输出变量的刻度化。把回路输出的标准化实数转换成实数，公式如下。scalsetpan()nRMOffS式中：式中：回路输出的刻度实数值；回路输出的刻度实数值； Mn回路输出的标准化实数值回路输出的标准化实数值scalR 将实数转换为整数将实数转换为整数(INT)。把回路输出变量的刻度值转换成整数把回

13、路输出变量的刻度值转换成整数(INT)的程序为：的程序为：ROUND AC0，AC0 /实数转换为实数转换为32位整数位整数MOVW AC0，AQW0 /将输出值输出到模拟量输出寄存器将输出值输出到模拟量输出寄存器回路输出变量的刻度化的程序如下。回路输出变量的刻度化的程序如下。MOVR VD108，AC0 /将回路输出值放入累加器将回路输出值放入累加器-R 0.5，AC0 /对双极性输出，要减对双极性输出，要减0.5的偏置的偏置(单极性无此句单极性无此句)*R 64000.0，AC0 /得到回路输出的刻度值得到回路输出的刻度值(3) 变量的范围变量的范围 过程变量和给定值是过程变量和给定值是P

14、ID运算的输入变量，因此，在回路表中这些运算的输入变量，因此，在回路表中这些变量只能被除数回路指令读取而不能改写。变量只能被除数回路指令读取而不能改写。 输出变量是由输出变量是由PID运算产生的，在每一次运算产生的，在每一次PID运算完成之后，需要把运算完成之后，需要把新输出值写入回路表，以供下一次新输出值写入回路表，以供下一次PID运算使用。输出值应为运算使用。输出值应为0.01.0之间的实数。之间的实数。 如果使用积分控制，积分项前值要根据如果使用积分控制，积分项前值要根据PID运算结果更新。每次运算结果更新。每次PID运算后更新了的积分项前值要写入回路表，用作下一次运算的输入。运算后更新

15、了的积分项前值要写入回路表，用作下一次运算的输入。若输出值超过范围若输出值超过范围(大于大于1.0或小于或小于0.0)，那么积分项前值必须根据下列，那么积分项前值必须根据下列公式进行调整：公式进行调整： MX=1.0-(MPn-MDn) 当计算输出值当计算输出值Mn1.0 MX= -(MPn-MDn) 当计算输出值当计算输出值MN0.0式中：式中：MX经过调整了的积分项前值；经过调整了的积分项前值； MPn 第采样时刻的比例项；第采样时刻的比例项； MDn 第采样时刻的微分项。第采样时刻的微分项。 修改回路表中积分项前值时，应保证修改回路表中积分项前值时，应保证MX的值在的值在0.01.0之间

16、。调整积分项之间。调整积分项前值后使输出值回到前值后使输出值回到(0.01.0)范围，可以提高系统的响应性能。范围，可以提高系统的响应性能。4) PID指令运行出错条件指令运行出错条件 PID指令不检查回路表中的值是否在范围之内，所以必须确保过程指令不检查回路表中的值是否在范围之内，所以必须确保过程变量、给定值、输出值、积分项前值、过程变量前值在变量、给定值、输出值、积分项前值、过程变量前值在0.01.0之间。如之间。如果指令操作数超出范围，果指令操作数超出范围，CPU会产生编译错误，导致编译失败。会产生编译错误，导致编译失败。 如果如果PID运算发生错误，那么特殊存储器标志位运算发生错误，那

17、么特殊存储器标志位SM1.1(溢出或非法溢出或非法值值)会被置会被置1，并且中止，并且中止PID指令的执行。指令的执行。要想消除这种错误，单靠改变回要想消除这种错误，单靠改变回路中的输出值是不够的，正确的方法是在下一次执行路中的输出值是不够的，正确的方法是在下一次执行PID运算之前，改变运算之前，改变引起运算错误的输入值，而不是更新输出值。引起运算错误的输入值，而不是更新输出值。1) 控制要求控制要求 某水箱其出水口流量是变化的，进水口流量可通过调节水泵转速控某水箱其出水口流量是变化的，进水口流量可通过调节水泵转速控制，水位检测由差压变送器完成。制，水位检测由差压变送器完成。现对水箱进行水位控

18、制，使其水位保现对水箱进行水位控制，使其水位保持在满水位的持在满水位的75%。以以PLC为主控制器，采用为主控制器，采用EM235模拟量模块实现模模拟量模块实现模拟量和数字量的转换，差压变送器送出的水位测量值通过模拟量输入通拟量和数字量的转换，差压变送器送出的水位测量值通过模拟量输入通道送入道送入PLC中，中，PID回路输出值通过模拟量转化控制变频器实现对水泵回路输出值通过模拟量转化控制变频器实现对水泵转速的调节。转速的调节。3. 指令应用举例指令应用举例2) 控制程序的实现控制程序的实现 在以上要求中，水位测量值为过程变量在以上要求中，水位测量值为过程变量PV，满水位的满水位的75%为给定值

19、为给定值SP。本例中过程变量本例中过程变量PV和回路输出量归一化采用单极性方案。和回路输出量归一化采用单极性方案。控制方式采用比控制方式采用比例、积分控制，例、积分控制，PID参数采用如下设置：参数采用如下设置：Kc=0.25，Ts=0.1s，TI =30min。(1) 系统启动时，关闭出水口，用手动方式控制进水，使水位达到满水位的系统启动时，关闭出水口，用手动方式控制进水，使水位达到满水位的75%，然后打开出水口，同时将控制方式从，然后打开出水口，同时将控制方式从“手动手动”转为转为“自动自动”。I0.0控制控制PID指令的启动，只需提供一个上升沿。指令的启动，只需提供一个上升沿。(2) SBR_0子程序中为子程序中为PID参数设置及定时中断程序的启动。参数设置及定时中断程序的启动。(3) 定时中断程序定时中断程序INT_0中为数据的标准化、中为数据的标准化、PID指令的执行、及控制量的输指令的执行、及控制量的输出。出。 (1)