在模拟量闭环控制中的应用
plc在生活中的运用
plc在生活中的运用
PLC在生活中的应用
1、开环控制
开关量的开环控制是PLC的最基本控制功能。
PLC的指令系统具有强大的逻辑运算能力，很容易实现定时、计数、顺序(步进)等各种逻辑控制方式。
大部分PLC就是用来取代传统的继电接触器控制系统。
2、模拟量闭环
对于模拟量的闭环控制系统，除了要有开关量的输入输出外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出实现对温度、流量、压力、位移、速度等参数的连续调节与控制。
目前的PLC不但大型、中型机具有这种功能外，还有些小型机也具有这种功能。
3、数字量控制
控制系统具有旋转编码器和脉冲伺服装置(如步进电动机)时，可利用PLC实现接收和输出高速脉冲的功能，实现数字量控制，较为先进的PLC还专门开发了数字控制模块，可实现曲线插补功能，近来又推出了新型运动单元模块，还能提供数字量控制技术的编程语言，使PLC实现数字量控制更加简单。
4、数据采集监控
由于PLC主要用于现场控制，所以采集现场数据是十分必要的功能，在此基础上将PLC与上位计算机或触摸屏相连接，既可以观
察这些数据的当前值，又能及时进行统计分析，有的PLC具有数据记录单元，可以用一般个人电脑的存储卡插入到该单元中保存采集到的数据。
PLC的另一个特点是自检信号多．利用这个特点，PLC控制系统可以实现白诊断式监控，减少系统的故障，提高系统的可靠性。
监控式模拟量速度闭环控制系统的设计与应用
为频 率测 量 ； 门控 为软 门控 制 ； 更新 时 间为 １ 。 ０ｍｓ
简单 ， 护使 用 方 便 。在工 艺 参数 较 多 且 需要 人 机交 互 时使 用 触 维 摸屏 ， 使整 个 生产 的 自动 控 制 功 能大 大加 强 。采 用 触摸 屏 结 合 可 Ｐ Ｃ应用 于 闭环控 制 变 频 系统 是 自动 控 制 的趋 势 ， 供水 、 金 、 Ｌ 在 冶 机 械 等许 多工 业 生产 中 ， 于提 高 生 产 自动 化程 度 和 安全 生 产 具 对
Ｓｊ ｘ 兰 ｈｙ ｅ ｅｕ ｎ ｉＦ 坌 Ｉ
监控 式模拟 量速度 闭环控制 系统 的设计 与应用
陈 锐
（ ， 东松 山职 业 技 术 学 院 电气 工 程 系 ， 东 韶 关 ５ ２ ２ ） 广 １ １６
摘 要： 主要针对 带式输送机控制系 统中被控对象模拟量速 度的特点 ， 出采 用硬件组态 、 提 网络 组态和程序 设计 ３方面结合 的监 控系统 设 计方案 ， 实现触摸屏、 变频器和 Ｐ Ｃ在模拟量速度 闭环控制系统 中的应 用， Ｌ 使系统的 自动控制功能大大加强 。该系统具有硬件设计合理、 软件功
模拟量闭环控制一般用PID
模拟量闭环控制一般用PID。
需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI控制方式；控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。
各部分的作用如下：
在P，I，D这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。
比例系数KC越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，KC过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。
控制器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。
但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用。
积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态性能(稳定性)可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。
根据误差变化的速度(即误差的微分)，微分部分提前给出较大的调节作用。
微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。
微分时间常数增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。
PLC技术在自动化控制中的运用
PLC技术在自动化控制中的运用摘要：在电气工程的自动化控制中对PLC技术进行应用，不仅可以让自动化控制发展得到有效提升，也能推动我国电气工程行业在未来实现长远、可持续发展。
关键词：控制技术，自动化，闭环控制，顺序控制。
1、自动化控制中的PLC技术PLC技术就本质而言，是将编制完成的程序在有关数据中进行储存，然后以此为基础展开其他相应工作。
PLC技术可以针对电气工程中编写的所有程序进行合理储存，从而对人工操作、各项检验环节进行深层次的完善以及优化，推动电力行业实现长远可持续的发展。
另外，在电气工程以及自动化技术中对PLC技术进行应用，不仅可以让各项工作在有效性层面得到全方位的提升，也能够让数字化技术以及智能化技术两者之间进行有机融合。
具体应用价值如下：1.1后期维护自动化控制系统中应用的PLC技术主要是应用存储逻辑的方式，并不是采取传统形式的界限逻辑方式，因此自动化控制系统中的PLC技术，在后期维护时难度程度相对不高，能够一定程度上减少企业在经济层面的成本投入。
1.2故障发生率PLC系统自身不会轻易发生故障，原因是可以在较短时间内应用自身所具有的故障诊断模块，对故障问题进行自动化检查。
例如，PLC外部执行器或者输入设备在出现故障时，系统会与PLC系统存在的编程软件进行有机结合，从而为电气工程设备在参考层面提供有力的数据信息，在检查故障原因之后，针对故障进行有针对性的解决以及排查。
1.3反应灵敏以PLC技术为基础的综合控制系统，在反应层面的速度极为灵敏，可以在电气工程自动化控制中应用辅助继电器等一些新型设备，有效取代传统形式的机械触电继电器等设备，就某种程度而言，彻底摒弃了传统形式的电气工程自动化控制系统中应用的导线连接环节。
PLC技术在电气工程自动化控制环节进行应用，可以对继电器进行调节，让节点时间转换成零，与此同时不仅不需要特别对传统继电器的返回技术进行关注，还可以保证PLC控制系统在响应层面的速度得到极大程度的提升。
闭环反馈控制的控制作用
闭环反馈控制的控制作用
闭环反馈控制是一种通过比较系统输出与期望输出之间的差异，并根据该差异调整控制输入，以使系统输出尽可能接近期望输出的控制方法。
它具有以下几个控制作用：
1. 提高系统稳定性：闭环反馈控制可以通过实时监测系统输出并进行调整，使系统更加稳定。
当系统受到外部干扰或内部参数变化时，反馈机制可以迅速检测到这些变化并作出相应的调整，从而减小系统的振荡和不稳定性。
2. 增强系统的抗干扰能力：在闭环反馈控制系统中，控制器可以根据反馈信号对干扰进行补偿，从而降低干扰对系统输出的影响。
这使得系统在面对各种干扰时具有更好的适应性和鲁棒性。
3. 提高系统的精度：通过将实际输出与期望输出进行比较，闭环反馈控制可以精确地调整控制输入，使得系统的输出更加接近期望值。
这有助于提高系统的精度和性能，满足更严格的要求。
4. 实现自动调节：闭环反馈控制系统可以根据设定的目标值或参考信号，自动调整控制输入，无需人工干预。
这使得系统能够在不同的工作条件下自动适应，提高了工作效率和可靠性。
5. 优化系统性能：通过不断调整控制输入，闭环反馈控制可以找到最佳的控制策略，以实现系统性能的最优化。
这有助于提高生产效率、降低成本，并满足用户的需求。
总之，闭环反馈控制的控制作用在工程实践中得到了广泛应用，它可以提高系统的稳定性、抗干扰能力、精度、自动调节能力和优化系统性能，从而实现更高效、可靠和精确的控制。
S7-1200 PLC编程及应用第三版课件_第7、8章
选中“Transfer channel”列表中的PN/IE。单击“Properties”按钮， 打开网络连接对话框。
双 击 网 络 连 接 对 话 框 中 的 PN_X1 （ 以 太 网 接 口 ） 图 标 ， 打 开 “ ‘ PN_X1’ Settings” 对 话 框 。 用 单 选 框 选 中 “ Specify an IP address”，由用户设置PN_X1的IP地址。用屏幕键盘输入IP地址和子网 掩码，“Default Gateway”是默认的网关。设置好后按“OK”按钮退 出。
7.2.3 组态文本域与I/O域 1．生成与组态文本域 将工具箱中的文本域图标拖放到画面上，单击选中它，选中巡视窗口的“
常规”，键入文本“当前值”。可以在“常规”属性中设置字体大小和“适 合大小”。
在“外观”对话框设置其背景色为浅蓝色，填充图案为实心，文本颜色为 黑色。边框的宽度为0（没有边框）。在“布局”对话框设置四周的边距均 为3，选中复选框“使对象适合内容”。
3．设置按钮的事件功能 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 释放”，单击视图右边窗口的表格最上 面一行，选择“系统函数”列表中 的函数“复位位”。 单击表中第2行，选中PLC的默认变量表中的变量“起动按钮”。在HMI 运行时按下该按钮，将变量“起动按钮”复位为0状态。 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 按下”，用同样的方法设置在HMI运行 时按下该按钮，执行系统函数“置位位” 。该按钮为点动按钮。 选中组态好的按钮，执行复制和粘贴操作。放置好新生成的按钮后选中它， 设置其文本为“停止”， 按下该按钮时将变量“停止按钮”置位，放开该按 钮时将它复位。
PLC技术在自动化控制系统中的应用
PLC技术在自动化控制系统中的应用摘要：随着我国在国际上的地位发生极大的转变，我国国内的科学技术有了日新月异的发展，与此同时愈来愈多的先进技术出现在人们的生产生活中。
PLC作为可编程控制器，是针对现阶段社会生产、管理环境开发出的先进技术，能够作为可远程操作、自动化控制的电子装置，优化自动化控制系统的逻辑运算，更灵活地控制各类设备、机械。
PLC是各领域提升自动化控制水平的关键技术，为有效应用PLC技术，开发自动化控制系统，有效提升生产与管理的整体效益。
阐述PLC技术的特点，PLC技术在机电自动化中的运用。
关键词：PLC技术；自动化控制系统；应用引言随着可编程序逻辑控制器（Programmablelogic controller，PLC）技术的迅速发展，它在电气自动化系统中的运用也日益普遍，实际使用价值也愈来愈大，特别是在工业电气系统、数控技术等方面，更发挥着重要的驱动功能。
1 PLC技术的工作原理当前，为了进一步提高自动化控制的质量和效率，PLC技术是必不可少的，发挥着举足轻重的作用。
从PLC技术的工作原理来看，主要分为扫描控制方式、输入输出映像寄存器、功能扩展模块三个方面。
针对扫描控制方式，通常采用动态循环扫描，其扫描周期小于100ms，具有较强的适应性。
针对输入输出映像寄存器，是指每个扫描周期结束后对输入点的实际状态进行寄存，同时，将输出映像寄存器的状态映射到外部物理输出点，即每个扫描周期刷新一次。
而功能扩展模块具有很强的兼容性，在面的一些复杂的情况下，也能够通过搭配不同类型的信号模块进行处理。
2 PLC技术的优点2.1编程简单，便于操作在PLC技术中应用梯形图、逻辑图以及语句展开编程，不再需要掌握专业知识，系统开发所需要的时间也比较短，在现场使用也十分便捷。
即使有必须要修改的程序，也不需要拆除硬件。
2.2安全可靠电气工程及其自动化控制过程中在安全性方面提出了较高的要求，合理运用PLC技术能显著增加系统的抗干扰性能，即便是在复杂的运行环境内，PLC技术也能较好地满足系统用户的要求，辅助提升电气运行的安稳性与可靠度。
PID指令
比例积分微分控制指令PID用于模拟量闭环控制，[S1·] [S2·]各用一个数据寄存器，[S1·] 用于存放设定目标值，[S2·] 用于设定测定当前值， [S3·]是用户为PID指令定义参数的首址，范围是D0～D7975，需占有自[S3·]起始的25个连续的数据寄存器，其中[S3·] ～[S3·] +6设定控制参数。
[D·]用一个独立的数据寄存器，用于存放输出值。
执行程序时，运算结果存于[D·]中。
PID指令的功能是接收一个输入数据后，根据PID算法计算调节值。
在图17-3中，X0闭合时，执行指令，目标值存入D10中，当前值从D20中读出，保留D100～D124作为用户定义参数的寄存器，输出值存入D150，一个程序中可以使用多条PID指令，每条指令的数据寄存器都要独立，以避免混乱。
PID指令在定时器中断、子程序、步进梯形图、跳转指令中也可使用，在这种情况下，执行PID指令前请清除[S3·] +7后再使用，采样时间必须大于PLC的一个运算周期。
控制用的参数的设定值（参数设定见表17-5）必须预先通过MOV等指令写入。
表17-5 参数设定。
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其中
c(t)：被控制量 mv(t)：PLC输出的模拟量 pv(t)：变送器输出的模拟量 pv(n)：经A/D转换后的数字量
sp(n)：给定值 mv(n)：D/A转换后输出的数字量 ev(n)：控制偏差ev(n) = sp(n) − pv(n)
2 S7-300实现闭环控制的方法
⑴软件PID控制器：
SFB41
在某些控制系统中，当偏差比较小时，为了避免控制动作 过于频繁，以消除由此所引起的振荡给设备带来危害，可
采用带死区的PID控制系统。
死区的PID概念：是人为地设置一个不灵敏区域B， ✓ 当偏差 | ev(t) |≤B 时，减弱或切除控制输出 ✓ 当偏差 | ev(t) |＞B 时，正常控制输出
这里的死区B对应SFB41中的DEADB_W。
❖ PID控制器的结构图如下：
控制对象 -
由PID表达式
设PID控制器采样周期为Ts，对上式进行离散化处理，积 分项用累加近似代替，微分项用差分近似代替，则连续系统 表达式变为：
整理后得：
式中：Ts=Δt 为采样周期 ev(n) 、ev(n-1)为第n次和第n-1次采样时的偏差值 mv(n) 为第n次采样时控制器的输出值
程始终处于最佳工作状态； ✓ 模糊控制：控制决策(目标)用模糊规则来实现。
S7-300 组成的控制系统
PS电源 CPU 接口模板 DI DO AI TC RTD AO FM ...
按钮 行程开关 接近开关 转换开关 辅助节点
……
指示灯 变送器 热电偶 热电阻 执行器 接触器 热电偶 继电器 热电阻 电磁阀
08S7300在模拟量闭环控制 中的应用
PLC常用控制方法：
✓ SCS：Sequence Control System，程序和顺序控制； ✓ MCS：Modulating Control System，例如：PID控制作
为基本MCS； ✓ 复杂控制：串级控制、混合控制、比值控制等； ✓ 最优控制：现代控制理论算法实现的控制； ✓ 自适应控制：给定值随着某种规律自动调整，使生产过
时，微分项急剧增加，容易引起调节过程的振荡，导致调 节品质下降。 解决：不完全微分PID算法基本思想仿照模拟调节器的实 际微分调节，加入惯性环节，以克服完全微分的缺点。 不完全微分PID的传递函数为
上式中，KP、TI、TD、M意义同前，Tf 惯性环节时间 常数，对应SFB41的TM_LAG。
4. 带有死区的PID控制算法
、串级、比值等控制方式； FM355S用于数字量步进或脉冲控制器，有8个DO。
2. 闭环控制系统功能块
SFB41～SFB43：通过AI、AO(DO)模块实现PID控制。 其中： ✓ 通过AO实现连续控制(SFB41) ✓ 通过DO实现步进(SFB42)或脉冲控制(SFB43)。
3. 闭环控制软件包 FB41～FB43用于PID控制，功能同SFB41～SFB43； FB58和FB59用于PID温度控制； 模糊控制、神经网络控制、PID自整定等软件包。
8.3.2 闭环控制系统功能块 1. 系统功能块的调用
SFB 41 用于连续控制 SFB 42 用于步进控制 SFB 43 用于脉冲宽度控制 调用方法如下：
指令树→Library→Standard Library→ System Function Blocks→插入块 2. 闭环控制软件包的调用 功能块FB41､FB42､FB43与SFB41､SFB42､SFB43兼容，调 用方法如下： 指令树→ Library→Standard Library→PID Control Blocks→插入块
位置算法的特点： • 控制输出与阀门位置有一一对应关系，故称位置算法； • 每次都需计算阀位的绝对位置； • 需采用措施来防止积分饱和和手自动切换的扰动现象； • 上式中，KP、TI、TD、M分别对应SFB41的GAIN、TI、
TD和I_ITLVAL。
3. 不完全微分PID 微分项的弱点：在标准的PID算式中，当有阶跃信号输入
应用
✓ 温度、压力、流量、液位控制。
3 PID控制器概述 ⑴ PID控制(Proportional Integral Differential)
PID意为比例、积分、微分，PID控制是自动控制中 一种重要的常规控制方式。 ⑵ PID控制实现的方式
✓ 模拟PID：控制器用模拟电路实现 ✓ 数字PID：通过软件实现PID数字运算
死区特性
SP
－
B
PID 控制器
控制对象
图8-3 带有死区的PID控制
8.3 S7-300的模拟量闭环控制功能 8.3.1 S7-300实现闭环控制的方法 1. FM355闭环控制模块
S7-300闭环控制模块，用于压力、流量、液位等控制； 内有自优化温度控制算法和PID算法； FM355模块不受CPU影响而独立工作； FM355有4个AI，可接热电阻、电流、电压信号； FM355C用于连续控制器，有4个独立的AO，可组成定值
……
FM355
8.1 模拟量闭环控制的基本概念
8.1.1 模拟量闭环控制系统的组成 1 模拟量单闭环控制系统的组成
可编程控制器
生产过程
sp(n) +
给定值
-
ev(n)
mv(n) mv(t)
控制器
D/A
执行器
被控对象
pv(n)
pv(t)
A/D
测量变送器
c(t)
被控量
图8-1 PLC模拟量闭环控制系统原理框图
SFB42 SFB43
＋
SFB58
SFB59
＋
＋CPUAIFra bibliotekAO原理：AI(TC、RTD)模块采集过程值 ➵ 经CPU执行PID控
制算法 ➵ AO(或DO)实现控制。
优点：节约费用，使用灵活。
缺点：不能独立控制，占CPU时间。
举例：
SFB41
CPU
AI
AO
SFB42
SFB43 ＋
＋
＋
SFB58
SFB59
8.2 数字PID控制器 8.2.2 PID控制器的数字化 1. PID控制器表达式
传递函数：
其中：KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常 数，M为积分部分的初始值。
2. PID算法的数字实现 数字PID主要有三种算法：位置算法、增量算法和速度
算法。 S7-300 PID功能块SFB41是位置算法。
F1
pv(t)
sp
LT
LC
mv(t)
F2
⑵ 闭环控制模块
控制算法
模块
✓ FM 355C: 4路模拟量连续输出
✓ FM 355S: 8路步进或脉冲输出 功能
4AI＋4AO＋8DI 4AI＋8DO＋8DI
✓ 可运行于自动/手动模式、安全模式、跟随模式；
✓ 自整定温度控制算法、PID算法；
✓ 即使CPU故障或停机，模块仍能独立工作。