《电气控制及PLC应用》课件-第7章 PLC在模拟量闭环控制系统中的应用

第7章PLC在模拟量闭环控制系统中的应用7.1PLC的模拟量扩展模块7.2PLC的PID算法实现电气控制及PLC应用7.1PLC的模拟量扩展模块模拟量输入和输出模块分别实现A/D转换与D/A转换。S7-200系列产品可以采集标准的电压、电流模拟量信号和热电偶、热电阻温度传感器信号以及电阻信号。电压和电流信号经过A/D转换成为0~32000或者-32000~+32000之间的整数。温度传感器信号被直接转换为摄氏度(或华氏度)温度值的10倍，省去了复杂的温度值换算。模拟量输入模块的分辨率为12位，如图所示，单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0~32000。双极性全量程输入范围对应的数字量输出为-32000~+32000。电压输入时输入阻抗≥2MΩ，电流输入时输入阻抗为250Ω。S7-200系列模拟量输出通道可以输出-10V~+10V之间的电压和0~20mA的电流信号，对应的数字量输出为-32000~+32000和0~32000。电气控制及PLC应用电压输出时分辨率为12位，可驱动负载阻抗最小5kΩ；电流输出时分辨率为11位，可驱动负载阻抗最大500Ω，如图所示。1.CPU224XP的2AI/1AOCPU224XP在CPU上集成了两个模拟量输入端口和一个模拟量输出端口。如下图所示。两路AI，电压信号±10V；一路AO电压信号0~10V或者电流信号0~20mA(4~20mA)，输出信号类型可以通过硬件接线来选择。电气控制及PLC应用CPU224XP本体上的模拟量输入通道的地址为AIW0和AIW2；模拟量输出通道的地址为AQW0。S7-200的模拟量I/O地址总是以2个通道/模块的规律增加。CPU224XP的两路模拟量输入通道被出厂设置为电压信号(0~10V)输入。为了能够输入电流信号，必须在A+与M端(或B+与M端)之间并入一个500Ω的电阻，如图所示。电气控制及PLC应用2.混合模拟量模块EM235混合模拟量模块EM235接线如图所示，输出通道电压负载接在V和M之间，电流负载接在I和M之间，M为参考点。方式a：电压输入方式。信号正接A+；信号负接A-。方式b：未用通道接法(不要悬空)。未用通道需短接，如B+和B-短接。方式c：电流输入方式(四线制)。信号正接C+，同时C+与RC短接；信号负接C-，同时C-和模块的M端短接。方式d：电流输入方式(两线制)。信号线接D+，同时D+与RD短接；电源M端接D-，同时和模块的M端短接。电气控制及PLC应用3.温度模拟量输入模块(热电偶TC、热电阻RTD)若传感器为热电阻或热电偶，直接输出信号接模拟量输入，需要选择特殊的测温模块。测温模块分为热电阻模块EM231RTD和热电偶模块EM231TC。注意：不同的信号应该连接至对应的模块，如热电阻信号应该使用EM231RTD，而不能使用EM231TC，且同一模块的输入类型应该一致，如：Pt100和Pt10不能同时应用在一个热电阻模块上。热电阻的测量电路接线方式包括两线制、三线制和四线制，所以RTD模块与热电阻的接线有3种方式，如图所示。其中四线制接线方式的测量准确度最高，两线制接线方式的测量准确度最低。电气控制及PLC应用4.模拟量比例换算因为A/D(模/数)、D/A(数/模)转换之间的对应关系，S7-200CPU内部用数值表示外部的模拟量信号，两者之间有一定的数学关系。这个关系就是模拟量/数值量的换算关系。模拟量的输入/输出都可以用下列的通用换算公式换算：

式中，Ov—换算结果。Iv—换算对象。Osh—换算结果的高限。Osl—换算结果的低限。Ish—换算对象的高限。Isl—换算对象的低限。电气控制及PLC应用.S7-200模拟量数据格式与寻址模拟量输入/输出数据是有符号整数，占用一个字长(两个字节)，所以地址必须从偶数字节开始。格式：输入：AIW[起始字节地址]——如AIW6。输出：AQW[起始字节地址]——如AQW0。每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序和输入通道数目，以固定的递增顺序向后排地址。例如：AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。每个有模拟量输出的模块占两个输出通道。即使第一个模块只有一个输出AQW0，第二个模块的输出地址也应从AQW4开始寻址(AQW2被第一个模块占用)，依此类推。温度模拟量输入模块(EM231TC、EM231RTD)也按照上述规律寻址，但是所读取的数据是温度测量值的10倍(摄氏或华氏温度)，如520相当于52.0℃，如图所示。电气控制及PLC应用7.2PLC的PID算法实现一般计算机控制系统的方框图如图所示，其中A/D转换与D/A转换由模拟量输入输出通道实现。控制器由计算机的控制算法实现，工业上常用PID算法，有90%以上的闭环控制采用PID控制器，因为PID控制器具有不需要被控对象的数学模型、结构简单容易实现、有较强的灵活性和实用性以及使用方便等特点。1.PID指令向导S7-200CPU提供了8个回路的PID功能，见下表，用以实现需要按照PID控制规律进行自动调节的控制任务。电气控制及PLC应用2.PLC实现PID控制的说明(1)反馈量PVn、给定值SPn以及输出值Mn都是标准化后的数值(0.0～1.0)。(2)通过设置增益(Kc)的正负来保证控制系统是负反馈的。(3)自动和手动切换用一位数字量实现，如I0.0或M20.0为ON是自动模式，I0.0或M20.0为OFF是手动模式，如图7-10。(4)控制算法(P、PI、PD和PID)的选择以及PID参数初值的确定，可参照相关书籍总结的经验。(5)S7-200