PLC模拟量控制
模块七PLC模拟量及PID控制课件
模拟量信号特点
连续变化，取值范围广泛，易受干扰影响。
PLC模拟量模块介绍
模拟量输入模块
将模拟量信号转换为数字信号，便于 PLC处理。
模拟量输出模块
将PLC输出的数字信号转换为模拟量 信号，控制外部设备。
模拟量输入电路原理与实践
电路原理
通过电阻、电容等元件对模拟量信号进行滤波、放大等处理 ，以保证信号的稳定性和精度。
要点三
衰减曲线法
先将比例度设置为一个较大值，然后 逐步减小比例度，同时加大积分时间 常数，使系统响应出现衰减振荡；此 时的比例度和积分时间常数即为合适 的PID参数；最后加入微分调节，提 高系统响应速度。
03
PLC实现PID控制策略
PLC内置PID功能介绍与设置
PID算法原理
介绍比例、积分、微分三环节的作用及调节规律， 以及PID控制参数的整定方法。
实时监控数据显示和报警功能实现
实时监控数据显示
通过触摸屏界面实时显示PLC采集到的模拟量数据，如温度、压力 、流量等，方便用户随时掌握设备运行状态。
数据曲线绘制
根据实时数据绘制相应的曲线图，可以更加直观地了解设备运行趋 势和历史数据变化情况。
报警功能实现
设定报警阈值，当实时数据超过或低于阈值时，触摸屏界面上显示 报警信息，并触发声光报警装置，提醒用户及时处理。
PID控制故障
PID调节失效，导致系统失控。原因可能包括参 数设置不当、传感器故障等。
故障排查方法和步骤总结
01
观察故障现象
通过查看PLC指示灯、监控画面等 信息，了解故障的具体表现。
03
制定排查方案
针对可能的原因，制定详细的排 查方案，包括检查电源、通信线
S7-300程序设计方法(模拟量控制)
S7-300程序设计方法(模拟量控制)引言在自动化控制系统中，模拟量控制是一种重要的控制方式。
S7-300是西门子公司开发的一种可编程控制器（PLC），它提供了一种灵活的方式来实现模拟量控制。
本文将介绍如何使用S7-300进行模拟量控制的程序设计方法。
硬件配置，我们需要了解S7-300的硬件配置。
S7-300包括一个或多个CPU，用来执行用户编写的程序。
CPU和其他设备之间通过总线连接，包括输入模块、输出模块和模拟量模块。
在模拟量控制中，模拟量模块用来读取传感器的模拟信号，并输出控制信号给执行器。
编程软件S7-300使用STEP7编程软件进行程序设计。
STEP7提供了一个友好的图形化界面，以及一套丰富的函数库来支持编程。
在开始编程之前，我们需要安装和配置STEP7软件，并连接S7-300 PLC。
程序设计步骤1. 配置模拟量模块：在STEP7软件中，我们需要配置模拟量模块。
这包括设置模块的地质、通道数和其他参数。
配置完成后，我们可以通过函数调用的方式读取模块的模拟信号。
2. 编写读取模拟信号的程序：在STEP7软件中，我们可以使用函数库提供的函数来读取模拟量模块的模拟信号。
这些函数会将模拟信号转换为数字量，以便后续的控制算法使用。
3. 设计控制算法：在STEP7软件中，我们可以使用图形化编程语言来设计控制算法。
控制算法可以包括PID控制器、滤波器和限幅器等。
通过读取模拟信号并对其进行处理，我们可以控制信号，并输出给执行器。
4. 编写输出控制信号的程序：在STEP7软件中，我们可以使用函数库提供的函数来输出控制信号。
这些函数将控制信号转换为模拟输出信号，并输出给执行器。
5. 调试和测试：在完成程序设计后，我们需要进行调试和测试。
我们可以使用STEP7软件提供的在线模拟功能来模拟真实的输入和输出信号，并进行调试和测试。
本文介绍了在S7-300上进行模拟量控制的程序设计方法。
通过配置模拟量模块、编写读取模拟信号的程序、设计控制算法和编写输出控制信号的程序，我们可以实现灵活且高效的模拟量控制。
PLC应用技术 第7章 模拟量控制
PLC应用技术（三菱机型）
淄博职业学院 电子电气工程学院
PLC应用技术（三菱机型）
第1章 可编程控制器认知 第2章 FX系统资源 第7章 模拟量控制 第3章 基本指令 第6章 状态法编程
3.模拟量采集（FROM指令）
3.模拟量采集（FROM指令）
由于工业环境干扰，采集到的模拟量如果不很稳定，甚至 明显错误，就需进行滤波。如果设置模块参数进行滤波效 果仍不理想，可考虑进行平均值滤波。 平均值滤波的基本思路是先把采集到的值，存储在某一存 储区域，然后进行排序，去掉不可信的一部分数值，其余 值求和取平均。 由于采集存储，求和取平均已在循环指令中说明，在次只 说明比较法排序，也就是两重循环在PLC中的应用。 如果采集到的模拟量存放在D50-D59中，共10个数据。
第8章 变频器控制 第4章 定时器计数器指令
第9章 工业网络控制 第5章 应用指令 第10章 上位机监控组态
第11章 三菱大中型PLC
第 7章
模拟量控制
3 1 2 3 4
7.1 模拟量采集 7.2 模拟量变换 7.3 模拟量输出 7.4 恒压供水
1.变送器选择
变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的 直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V和DC4~20mA。 变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具 有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入 阻抗很高，例如100K~10MΩ。如果变送器距离PLC较远， 通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在 模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1μA干扰电 流在10MΩ输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远 程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。
PLC中模拟量的使用,你会使用么？
PLC中模拟量的使用，你会使用么？模拟量的使用是plc掌握中的一部分，模拟量种类一般有电压型和电流型两种。
电流型相比于电压型更稳定，抗干扰力量较强。
模拟量的使用也是有辨别率的。
一般有12bit和14bit两种辨别率。
其中对应的数值分别为0~4000和0~16000。
一般对应的电压为0~10v，详细依据使用状况而定。
此种模拟量一般用于电压与数值为线性关系。
还有一种模拟量模块，用来转化采集的温度，是非线性的关系。
那么今日我们就举例说一下模拟量输入吧！首先我们选择的为松下FP-XC30T的主机+FP-X AD2模块，将模拟量输入模块安装在主机的第一个插槽中，此时模拟量1对应的地址就是WX10，模拟量2对应的地址就是WX11。
首先看一下实物图片吧！主机+AD2实物图图中的AD2模块安装在PLC的其次个插槽上，那么两路模拟量对应的地址就又发生了变化，第一路模拟量对应的地址变为了WX20，其次路模拟量对应的地址变成了WX21。
既然清晰了映射地址，那么我们就要进行接线了，一般我们使用电压型的接线，将模拟量电压的正端接在模块的“V”上，将模拟量的负端接到模块的“COM”上。
那么我们如何编写程序呢？模拟量读取程序根据上面的那个程序，一旦程序开头运行，我们就能将外部的电压值转化为一个0~4000的数值，并将此值传输到DT100的地址中，当然这段程序仅仅代表我们采集到了模拟量的信息，我们需要将其转化为我们的实际需要值，例如压力，扭力等等。
假如说我们的模拟量电压为0~10v，对应的我们的压力值为0~100Kpa，那么我们怎样才能将他们对应起来，更加直观的在触摸屏上显示出当前的压力值呢？这就需要我们的数学学问啦，大家考虑下该怎么做呢？大家可以参考Y=KX+b的二元一次方程将他们的对应关系表示出来，并在PLC中进行计算就好了。
PLC-模拟量控制
功能指令、特殊模块及应用之三
主要内容
任务 任务 相关 任务 知识 目标 分析 知识 实施 链接
任务目标 ① 熟悉A/D特殊功能模块的连
接、操作和调整。 ② 掌握A/D特殊功能模块程序
编写的基本方法。 ③ 掌握PLC功能指令的应用。
任务分析
电热水炉控制要求
当水位低于低位液位 开关时打开进水电磁 阀加水, 高于高位液位 开关时关闭进水电磁 阀停止加水。加热时, 当水位高于低水位时, 打开电源控制开关开 始加热, 当水烧开时, 停止加热并保温。
4~20mA （ 输 入 阻 抗 为
0~10V DC，0~5V DC（输入阻抗200kW），当输入电 250W），当输入电流超过
压超过-0.5V或+15V DC时，此单位可能损坏
-2mA 或 +60mA 时 ， 此 单
元可能损坏
2.5mV（10V/4000） 1.25mV（5V/4000）
Hale Waihona Puke 4mA{（20-4）/4000}
调节。偏置值和增益值的调节是对实际的模拟输入 设定一个数字值, 这是由FX2N-2AD的容量调节器来 调节的。如图4-57所示为FX2N-2AD容量调节器示 意图, 使用电压发生器和电流发生器来完成。也可 以用FX2N-4DA和FX2N-2DA代替电压和电流发生 器来调节。
（1）增益调整
（2）偏置值调整
在装用时，对于0~10V DC的模拟电压输出，此单元的数字
范 围 是 0~4000 ， 当 使 用 FX2N~2DA 并 通 过 电 流 输 入 或 通 过 0~5VDC输出时，就有必要通过偏置和增益量进行再调节
0~10V DC，0~5V DC（输入阻抗 4~20mA（输入阻抗为
第5讲PLC的模拟量控制
模拟输出范围
0~10VDC
0~5VDC
4~20mADC
仪表显示值
0.040V
0.020V
4.064mA
注：顺时针旋转电位器为数字值增加，从最小值到最大值需要转18圈。 （2）增益校准 1） 输入校准程序（图5.13所示）
图5.13 输入校准程序
2）校准过程 ①运行前面程序，确保X0为ON状态； ②调节D/A GAIN电位器，直到仪表显示到相应的增益电压/电流为止，如表5.8所 示。
【实例19】有一个压力传感器，感应压力范围是0-5MPa，输出电压是0-5V。利用 这个传感器去测量某管道中的油压，当测到的压力<3.5MPa时，PLC的Y10灯亮， 表示压力低；当测到的压力为3.5-4.2MPa的范围内时，Y11灯亮，表示压力正常； 当测到的压力>4.2MPa时，Y12灯亮，表示压力过高。请写出PLC的控制程序。 （1）系统分析 在该系统中，传感器输出的模拟量通过FX0N-3A转换为数字量放在PLC中，然后通 过区间比较指令进行比较判断，控制PLC的输出，假设FX0N-3A接在PLC的0号位置。 （2）根据数值比例进行画图（图5.18所示）
模拟输入范围 偏置校准值
0~10VDC 0.040V
0~5VDC 0.020V
4~20mADC 4.064mA
②运行前面程序，确保X0为ON状态； ③调节A/D OFFSET电位器，直到数字值1读入D0为止。 注：顺时针旋转电位器为数字值增加，从最小值到最大值需要转18圈。
（2）增益校准 校准过程如下： ①选择对应的接线方法，使输入的增益电压/电流符合表5.6。
图5.7 A/D输入程序
程序解释如下：
（1）X1↓，(H00)写入BFM#17，选择输入通道 1 且复位A/D 转换； （2）(H02)写入BFM#17，保持输入通道1 的选 择且启动A/D 转换； （3）读取BFM#0，输入通道1 当前A/D 转换对 应值存储于主机单元(D01)中； （4）X2↓， (H01)写入BFM#17，选择输入通道 2 且复位A/D 转换； （5）(H03)写入BFM#17，保持输入通道2 的选 择且启动A/D 转换； （6）读取BFM#0，输入通道2 当前A/D 转换对 应值存储于主机单元(D02)中。
PLC的模拟量控制
，该数值由模块中的DAC（数模转换器）变换为标准的
202模0/1/拟18 信号。
4
5.1.2 FROM与TO指令
模拟量扩展模块都是特殊功能模块，可用特殊功能模块读指令FROM（FNC78 ）和特殊功能模块写指令TO（FNC79）进行编程。 1.FROM指令 FROM指令用于从特殊单元缓冲存储器（BFM）中读入数据。格式：
拟输出通道的可接受范围为DC 0~10V、DC 0~5V 或
DC 4~20mA。
模拟量输入与输出接线如图5.3、图5.4所示。需要注意
的是两路输入通道均为同一特性，不可以混合使用电压
输入和电流输入。当使用电流输入时，应确保[VIN*]端
子和[IIN*]端子短路连接（电压输入时不可短接）；当
电压输入或输出存在波动或大量噪声时，应在相应处连
2020/1/18
3
图5.1 模拟量模块的作用
图5.1中，测量传感器利用线性膨胀、角度扭转或电
导率变化等原理来测量物理量的变化；测量变送器将传
感器检测到的变化量转换为标准的模拟信号，如: ±
10V, ±Βιβλιοθήκη 20mA, 4...20mA，这些标准的模拟信号将接到
模拟输入模块上。
由于PLC的CPU只能处理数字量信号，因此模拟输
2020/1/18
图5.6 模拟量输出与对应的数值
12
4、模拟量输出规格 FX0N-3A的模拟量输出规格如表5.2所示。
表5.2 FX0N-3A的模拟量输出规格
FX0N-3A的输出特性即模拟量输出与对应的数值如图5.6所示。根据图可以得出： 输出数字值转换模拟电压值: 255×10÷250=10.2 输出数字值转换模拟电流值: 255×(20–4)÷250+4=20.32
PLC编程的三大量：开关量、模拟量、脉冲量讲解
PLC编程的3大量：开关量、模拟量、脉冲量讲解1、 开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF（开关量只有两种状态0/1，包括开入量和开出量，反映的是状态）。
它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。
开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。
所以，有时也称其为顺序控制。
而顺序控制又分为手动、半自动或自动。
而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。
2、 模拟量是指一些连续变化的物理量（数字量是不连续的。
反映的是电量测量数值），如电压、电流、压力、速度、流量等。
PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。
由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。
由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。
模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。
所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。
如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。
同时还要有模拟量输入单元(A/D)，把这些标准的电信号变换成数字信号。
模拟量输出单元(D/A)，以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。
所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。
这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。
例如：PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。
那么0—32767对应0—100℃的温度值。
然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。
如果想把温度值精确到0.1℃，把327.67/10即可。
模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。
这些都是PLC内部数字量的计算过程。
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知识链接
FX2N-2DA模拟量输出模块 FX2N-2DA布线 FX2N-2DA技术特性 FX2N-2DA缓冲存储器分配（BFM） 编程实例
FX2N-2DA模拟量输出模块
FX2N-2DA型的模拟量输出模块用于将12位的 数值转换成2点模拟量输出（电压输出和电 流输出）。FX2N-2DA可连接到FX0N、FX2N和 FX2NC系列PLC中。两个模拟输出通道可接受 0~10VDC、0~5VDC或4~20mA输出。使用FROM 和TO指令与PLC进行数据传输。
FX2N-2DA布线
FX2N-2DA技术特性
项目 绝缘承受电压 模拟电路电源
电压输入
电流输入
500V AC 1min（在所有的端子和外壳之间）
24V DC±10% 50mA（来自于主电源的内部电源供应）
隔离方式
模拟量输入范围
分辨率 集成精度 处理时间
在模拟电路和数字电路之间用光电耦合器进行隔离，主单元 的电源用DC/DC转换器隔离，各输入端子间不隔离
任务分析（续）
在应用PLC控制电炉加热过程时，除了考虑进水液位 控制外，还要考虑温度控制，这里就需要用到PLC模 拟量输入模块。从图4-54中可以看到温度信号通过 温度变送器以4~20mA电流输出，以FX2N型PLC为例， 这里需要选择FX2N-2AD型模拟量输入模块予以采集 。
在完成任务设计时，首先确定输入/输出设备。在进 水液位控制时，输入信号S1为高位液位开关，S2为 低位液位开关，输出信号Q1为进水电磁阀控制信号 。当加热温度控制时，输入模拟量T1为炉内水温， 输出信号Q2为加热电阻控制开关。一般开水温度在 95℃ 到100℃之间，保温温度一般设在80℃以上， 这里就需要用到PLC功能指令的比较指令了。
集成精度 处理时间
±1%（全范围0~10V） 2.5ms/1 通道（顺序程序和同步）
±1%（全范围4~20mA）
பைடு நூலகம்
3．模块的连接与编号
功能模块连接编号示意图
4．缓冲存储器分配（BFM）
BFM编号 #0 #1
#2~16#
#17
b15~b8 保留
b7~b4
b3
b2 b1
b0
输入数据的当前值（低8位数据）
24V DC±10%50mA（来自于主电源的内部电源供应）
在模拟电路和数字电路之间用光电耦合器进行隔离，主单元的电源用DC/DC转 换器隔离，各输入端子间不隔离
模拟量 输入范围
在装用时，对于0~10V DC的模拟电压输入，此单元的数字范围是0到4000，当 使用FX2N~2AD并通过电流输入或通过0到5V DC输入时，就有必要通过偏置和增 益量进行再调节
1.25mV 4mA{（20-4）/4000}
±1%（全范围0~10V）
±1%（全范围4~20Ma）
4ms/1通道（顺序程序和同步）
FX2N-2DA缓冲存储器分配（ BFM）
BFM编 号
b15~b 8
b7~b4
b3
b2
b1
b0
#0~#15
保留
#16
保留 输入数据当前值（高端4位数据）
通
道1
#17
保留
4~20mA（输入阻抗为
0~10V DC，0~5V DC（输入阻抗200kW），当输入电 250W），当输入电流超过
压超过-0.5V或+15V DC时，此单位可能损坏
-2mA或+60mA时，此单
元可能损坏
分辨率
2.5mV（10V/4000） 1.25mV（5V/4000）
4mA{（20-4）/4000}
保留
输入数据当前值（高端4位数据）
保留
模拟
保留
到数 字转 换开
模拟到数字转换 通道
始
#18或更大
保留
5．偏置和增益的调整
模块出厂时，对于电压输入为0~10V DC，偏 置值和增益值调整到数字值为0~4000。当FX2N2AD用作电流输入或0~5VDC输入，或根据工厂设 定的输入特性进行输入时，就有必要进行偏置值和 增益值的调节。偏置值和增益值的调节是对实际的 模拟输入设定一个数字值，这是由FX2N-2AD的容量 调节器来调节的。如图4-57所示为FX2N-2AD容量调 节器示意图，使用电压发生器和电流发生器来完成。 也可以用FX2N-4DA和FX2N-2DA代替电压和电流发 生器来调节。
（1）增益调整
（2）偏置值调整
实例
当模拟范围为0~10V，而使用的数 字范围为0~4000时，数字值为40等 于100mV的模拟输入（ 40×10V/4000数字点）。
① CH1和CH2偏置调整和增益调整是同时完
成的。当调整了一个通道的偏置值和增益值 时，另一个通道的值也会自动调整。 ② 反复交替调整偏置值和增益值，直到获得 稳定的数值。 ③ 当数字值不稳定时，使用计算平均值数据 程序调整偏置值和增益值。 ④ 对模拟输入电路来说，每个通道都是相同 的，通道之间几乎没有差别。但是，为了获 得最大的精度，应独自检查每个通道。 ⑤ 当调整偏置值和增益值时，按增益调节和 偏置调节的顺序进行。
PLC模拟量控制
功能指令、特殊模块及应用之三
主要内容
任务目标
① 熟悉A/D特殊功能模块的连 接、操作和调整。 ② 掌握A/D特殊功能模块程序 编写的基本方法。 ③ 掌握PLC功能指令的应用。
任务分析
电热水炉控制 要求当水位低于低位 液位开关时打开进水 电磁阀加水，高于高 位液位开关时关闭进 水电磁阀停止加水。 加热时，当水位高于 低水位时，打开电源 控制开关开始加热， 当水烧开时，停止加 热并保温。
梯形图
FX2N-2A/D的相关知识
• 1．布线 • 2．FX2N-2AD技术特性 • 3．模块的连接与编号 • 4．缓冲存储器分配（BFM） • 5．偏置和增益的调整
1．布线
2．FX2N-2AD技术特性
项目 绝缘承受电压 模拟电路电源
隔离方式
电压输入
电流输入
500V AC 1分钟（在所有的端子和外壳之间）
在装用时，对于0~10V DC的模拟电压输出，此单元的数字 范围是0~4000，当使用FX2N~2DA并通过电流输入或通过 0~5VDC输出时，就有必要通过偏置和增益量进行再调节
0~10V DC，0~5V DC（输入阻抗 4~20mA（输入阻抗为
2~1MW）
500W或更小）
2 . 5 m V （ 10V/4000） （5V/4000）
任务实施——I/O分配
电热水炉控制的输入有3个，其中2个数字 量，1个模拟量，而输出为2个。I/O分配 是，X0：为高位液位开关，X1：为低位 液位开关；Y0：为进水电磁阀，Y1：为 加热电阻；温度信号接入FX2N-2AD特殊 模块。
任务实施——硬件接线
任务实施——梯形图编程
调试
1. 按照输入/输出接线图接好外部各线， 2. 输入程序， 3. 运行调试， 4. 观察结果。
D/A低8位 数据保持
D/A 转 换
通道2 D/A转 换开始
开
始
#18或更 大
保留
编程实例
在图4-63所示的程序中，FX2N-2DA模拟量输出模 块接在0号位置，通道CH1和CH2分别在X0和X1的控 制下执行转换，输出模拟量可以任意组合为0~10V DC、0~5V DC或20mA输出。
产品出厂时，其输出特性调整为0~10VDC，如果需 要不同的输出特性，可根据需要进行凋整，FX2N2DA可进行电压和电流混合输出。