(七)PLC用于模拟量和位置控制分析
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
什么是PLC,PLC主要应用在哪些方面？应用中应该注意哪些问题
什么是PLC，PLC主要应用在哪些方面？应用中应该注意哪些问题目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：1.开关量逻辑控制.取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
PLC的应用特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
PLC对模拟量数据的计算方法
PLC对模拟量数据的计算方法可编程控制器(简称PLC) 是专为在工业环境中应用而设计的一种工业控制用计算机, 具有抗干扰能力强、可靠性高、体积小等优点, 是实现机电一体化的理想装置, 在各种工业设备上得到了广泛的应用, 在机床的电气控制中应用也比较普遍, 这些应用中常见的是将PLC 用于开关量的输入和输出控制。
随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。
本文将谈论利用PLC处理模拟量的方法, 以对机床液压系统工作压力的检测处理为例, 详细介绍PLC处理模拟量的各重要环节, 特别是相关软件的设计。
为利用PLC全面地实现对机床系统工作参数的检测打下技术基础; 为机床故障的判断、故障的预防提供重要的数据来源。
1 PLC采集、处理模拟量的一般过程在PLC组成的自动控制系统中, 对物理量(如温度、压力、速度、振动等) 的采集是利用传感器(或变送器) 将过程控制中的物理信号转换成模拟信号后, 通过PLC提供的专用模块, 将模拟信号再转换成PLC可以接受的数字信号, 然后输入到PLC中。
由于PLC保存数据时多采用BCD码的形式, 所以经过A /D专用模块的转换后, 输入到PLC的数据存储单元的数据应该是一个BCD 码。
整个数据传送过程如图1所示。
图1 PLC采集数据的过程图PLC对模拟量数据的采集, 基本上都采用专用的A /D模块和专用的功能指令相配合, 可以让设计者很方便地实现外部模拟量数据的实时采集, 并把采集的数据自动存放到指定的数据单元中。
经过采集转换后存入到数据单元中的BCD码数字, 与物理量的大小之间有一定的函数关系, 但这个数字并不与物理量的大小相等, 所以, 采集到PLC中的数据首先就需要进行整定处理, 确定二者的函数关系, 获得物理量的实际大小。
通过整定后的数据, 才是实时采集的物理量的实际大小, 然后才可以进行后序的相关处理, 并可根据需要显示输出数据, 整个程序设计的流程图如图2所示。
PLC复习题
复习题一、填空1.PLC执行程序是以循环扫描方式进行的。
2.S7-200PLC中断优先级按从高到低的顺序是b、a、c 。
a．I/O中断b．通讯中断c．定时中断3.PLC的工作方式有RUN模式和STOP模式两种，将编程器内编写好的程序写入PLC时，PLC必须处在STOP 模式。
4.输出指令不能用于输入过程映像寄存器。
5.AIW0是S7-200 PLC的模拟量输入寄存器，其长度是16位。
6.LDI、AI、ONI等指令中的“I”表示立即触点功能，其执行时从实际输入点得到相关的状态值。
7.通电延时定时器（TON）的输入（IN）电路断开被复位，复位后当前值等于0 。
8.SM 0.1 在首次扫描时为1，SM0.0一直为“1”。
9.定时器和记数器除了当前值以外，还有一位状态位，状态位在当前值大于或等于预置值时为ON。
10.S7-200CPU226是有24DI，16DO 个I/O点，继电器输出型的PLC。
11.若加计数器的计数输入电路（CU）_增加一个脉冲复位电路(R)_断开/低电平计数器当前值加1。
12.选择PLC型号时，需要估算输入输出点，并据此估算出程序的存储容量。
13.根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为整体式，模块式和混合式。
14.VW100起始字节地址是VB100 ，其长度是16位。
15.S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。
16.STEP 7 Micro是S7-200 PLC的编程软件，使用该软件的微机可以（可以，不可以）直接与PLC通讯，能（能，不能）进行PLC运行状态的在线监视。
17.S7-200PLC的计数器指令有递增计数（CTU）、递减计数（CTD）和增/减计数（CTUD）三种。
18.移位寄存器的DA TA是输入端，而S_BIT是寄存器的最低位端。
19.PLC一般能（能，不能）为外部传感器提供24V直流电源。
20.VD200是S7-200 PLC的变量存储器，其长度是32位。
PLC
PLC综述可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。
它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。
它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。
PLC可以用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。
使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程序。
程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。
一、PLC简介及其特点：1、PLC简介:可编程控制器（Programmable Logic Controller ，简称PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习带来诸多不便。
本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习PLC技术中最难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的。
程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。
2、可编程控制器的主要功能这是PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等（1）用于模拟量的控制：PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。
如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制（2）用于工业机器人的控制：PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。
西门子S7-300 PLC基础与应用最新课件-第8章 模拟量控制
可使用模拟量输入模块 SM331, AI8x12Bit（订货 号：6ES7 331-7KF02-0AB0）。该模块具有诊断和 硬件中断功能，且最多可处理 8 个模拟量输入（4～ 20mA；PT 100；热电偶）。
日期：2020/10/20
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8.模拟量的规范化输出
日期：2020/10/20
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西门子S7-300 PLC 基础与应用
第8章 模拟量控制
模拟量的处理
1. 模拟量输入通道的量程调节
每个模拟量输入模块（AI）都有2～8模拟量输入通道， 在使用之前必须对所使用的模拟量输入模块进行相关设 置：
➢ 通过模拟量输入模块内部的跳线，同一个模拟量输入 模块每个通道组间可以连接不同类型的传感器；
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西门子S7-300 PLC 基础与应用
第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题2：如何连接PT100电阻温度计？ 4/12 电压测量变送器的连接
采用隔离连接
电压变 送器
背板 总线
如果要在EMC干扰极强的地区使用SM331模块，则应将M-与 Mana连接起来。这样，输入和Mana参考电位之间的电位差就不 会超出允许值。
物理量
模拟 执行器
模拟量输入模板
MR 模块
ADC
结果 存储器
PIW ... PIW ... ::: PIW ...
模拟量输出模板
DAC
PQW ... PQW ... ::: PQW ...
CPU
: : : : : : L PIW 304
......................................
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。
国家开放大学电大专科《可编程控制器应用》期末试题标准题库及答案(试卷号：2471)
国家开放大学电大专科《可编程控制器应用》期末试题标准题库及答案（试卷号：2471）国家开放大学电大专科《可编程控制器应用》期末试题标准题库及答案（试卷号：2471）盗传必究一、填空题1．可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的计算机控制系统，通过开关量、模拟量的输入和输出完成各种机械生产过程的控制。
2．按结构形式分类，PLC可分为整体式和模块式两种。
3. 电源模板用于对PLC内部电路供电。
4．PLC的工作过程一般可分为三个主要阶段输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段5．可编程序控制器的程序由操作系统和用户程序两部分组成。
6．S7-200的CPU22X系列的PLC有三种类型的定时器，分别是通电延时定时器、保持型通电延时定时器和断电延时定时器7．若加计数器的计数复位输入电路(R) 接通，计数器被复位，复位后其常开触点断开，常闭触点接通，当前值为0。
（注：填写“接通”或“断开”）8．全局数据(GD)通信方式以多点接口(MPD)分支网为基础，是为循环的传送少量数据而设计的。
9．可编程序控制器采用微处理器作为中央处理单元，可以对开关量（或逻辑量）进行控制，也可以对模拟量进行控制。
10. PLC具有逻辑运算功能，能够描述继电器触点的串联和并联等各种连接。
11.按结构形式分类，PLC可分为整体式和模块式两种。
12. PLC重复执行输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。
13.在S7中有三种计数器，分别是加计数器、减计数器和可逆计数器14.通电延时定时器(TON)的输入(IN)电路断开时被复位，复位后其常开触点断开，常闭触点接通，当前值等于O。
（注：填写“接通”或“断开”）15. PROFIBUS网络由主站、从站、网络部件等构成。
16. 电源模板用于对PLC内部电路供电。
17.可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的计算机控制系统，通过开关量、模拟量的输入和输出完成各种机械生产过程的控制。
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Date: 2018/10/8
Page: 2汨罗市职业中专 Nhomakorabea校◇
A/D转换、D/A转换
模数转换（A/D）模块：将现场仪表输出的 （标准）模拟量信号0-10mA、4-20mA、1-5VDC等转 化为计算机可以处理的数字信号 数模转换（D/A）模块：将计算机内部的数 字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4-20mA 等。 如：12位数字量（0-4095）→ 4-20mA 2047 对应的转换结果： 12mA
2．脉冲输出模块FX-1PG（FX2、FX2C用）
FX-1PG 脉冲输出模块是一种根据 FROM/TO 指令进行 与FX2、FX2C系列PLC数据交换的特殊功能模块。用一台 FX-1PG独立进行一轴定位控制，而一台PLC则最多可连 8台FX-1PG。
数字信号 0～4095 0～1023 ……
端口 (地址)
数字信号 0～4095 0～1023 ……
工程化转换
工程量 0～100℃ ?～??kPa ……
CPU
软件实现
硬件滤波 如：RC滤波
软件滤波 如：中值滤波 软件RC滤波 ……
Date: 2018/10/8
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A/D组成：
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3．热电偶温度传感器模拟量输入模块 FX-4AD-TC
FX-4AD-TC是4通道热电偶温度传感器模拟量输入 模块。
Date: 2018/10/8
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Date: 2018/10/8
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第七讲
PLC用于模拟量和位置控制
一、模拟量控制
模拟量输入/输出单元 A/D转换、D/A转换
二、位置控制
脉冲输出单元 运动控制模块
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一、模拟量输入/输出单元
以三菱公司的F2-6A模块为例，来说明模拟量输
入输出单元模块的有关性能： F2-6A是三菱公司F1、F2系列PLC的扩展单元， 为8位4通道输入、2通道输出的模拟量输入输出单元 模块。 F2-6A模块与F1、F2系列PLC连接示意图如下：
汇点式
分组式
分隔式
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2．温度传感器模拟量输入模块FX-2AD-PT
FX-2AD-PT是2通道温度传感器输入12位A/D转换 模块，这是一种内附温度传感器前置放大器的模拟电 压量输入模块，它可以直接与三线的铂电阻PT-100直 接连接。
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◇
利用PLC模块实现位置控制的优点：
1、在实现位置控制的时候，可充分利用PLC系统的 硬件和软件资源。更便于在柔性制造系统（ FMS）、计 算机集成制造系统（CIMS）或工厂自动化（FA）系统中 大量应用位置控制。 2、用户可根据自身要求灵活配置系统，既降低成本， 又能因地制宜。 3、可靠性高，维护方便。
◇
D/A转换（D/A、AO）的作用
调节阀 变频器 ……
执行器控制信号 4～20mA 0～10mA 1～5VDC 0～10VDC ……
数模转换 (D/A、AO)
数字信号 0～4095 0～1023 ……
端口 (地址)
数字信号 0～4095 0～1023 ……
工程化反变换
工程量 0～100％ ……
CPU
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1．模拟量输入模块FX-4AD
FX-4AD为4通道12位A/D转换模块，根据外部连 接方法及PLC指令，可选择电压输入或电流输入，是 一种与F2-6A相比具有高精确度的输入模块。
COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 COM2 Y2 Y3 COM1 Y0 Y1 COM1 Y0 COM2 Y1 COM3 Y2 COM4 Y3
汇点式
分组式
分隔式
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二、位置控制
◇
位置控制是对工位的控制，可由位置控制模块实 现.PLC系统可作为整个位置控制系统中的一个控制环节， 配上伺服放大器或驱动放大器，就可以将位置控制功能 和逻辑控制、顺序控制等一揽子解决。
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1．点位控制的脉冲输出单元F2-30GM
脉冲输出单元F2-30GM与步进电机或伺服电机驱 动器相接，可驱动步进电机或伺服电机实现位置控制。
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F2-30GM应用系统方框图
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一般是由多路转换开关、前置放大器、采样保持 器、ADC（Analog to Digital Converter ）等组成
输入信号1 多路 转换 前置放大 采样保持 内、外 补偿 ADC 光电 隔离 数据 驱动 锁存 数据 总线
输入信号n
控制 总线 控制单元
A/D转换通常有二种方式：① 逐次比较型 ② 双积分型
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◇
检测仪表
A/D转换（A/D、AI）的作用
变送器： 温度变送器 压力变送器 流量变送器 液位变送器 现场仪表模拟信号 成分分析仪 4～20mA 传感器： 0～10mA Pt100 1～5VDC Cu50 mV、Ω 热电偶 …… ……
模数转换 (A/D、AI)
软件实现
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4．模拟量输出模块FX-2DA
FX-2DA为2通道12位D/A转换模块，每个通道可独立 设置电压或电流输出。FX-2DA是一种与F2-6A相比具有 高精确度的输出模块。
COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 COM2 Y2 Y3 COM1 Y0 Y1 COM1 Y0 COM2 Y1 COM3 Y2 COM4 Y3
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脉冲输出单元
1．点位控制的脉冲输出单元F2-30GM 2．脉冲输出模块FX-1PG（FX2、FX2C用） 3．脉冲输出单元FX-1GM（FX2、FX2C用） 4．2轴定位单元FX-20GM
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