第四讲 PLC特殊指令应用

现代PLC控制技术PLC特殊指令应用学习目标:1.理解各种模拟量输入输出模块的使用方法及模拟量数据在PLC程序中的处理方法；2.理解PID调节指令的格式及功能，会编写PID参数表的初始化程序。3.能使用模拟量输入输出模块组成PLC模拟量控制系统，并能根据工艺要求设置模块参数、编写控制程序。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.1S7-200系列PLC模拟量I/O模块S7-200系列PLC模拟量I/O模块主要有EM231模拟量4路输入、EM232模拟量2路输出和EM235模拟量4输入/1输出混合模块三种，另还有专门用于温度控制的EM231模拟量输入热电偶模块和EM231模拟量输入热电阻模块。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用放大器增益调节器缓存器输入滤波器图6-1EM231模拟量输入模块输入回路框图A/D转换器A+RAA-B+RBB-C+RCC-D+RDD-多路转换开关（1）EM231模拟量输入模块的内部结构及数据格式现代PLC控制技术PLC特殊指令应用MSBLSB15141312111098765432100数据值12位000单极性数据格式MSBLSB1514131211109876543210数据值12位0000双极性数据格式图6-2模拟量输入数据的数字量格式（1）EM231模拟量输入模块的内部结构及数据格式现代PLC控制技术PLC特殊指令应用（2）EM231模拟量输入模块的性能EM231模拟量输入模块的性能主要有以下几项，使用时要特别注意输入信号的规格，不得超出其使用极限值：①数据格式对单极性为-32000～+32000，对双极性为0～32000②输入阻抗大于等于10MΩ③最大输入电压30VDC④最大输入电流32mA⑤分辨率最小满量程电压输入时，为1.25mV；电流输入时为5μA⑥输入类型差分输入型⑦输入电压电流范围输入电压范围：对单极性为0～5V或0～10V对双极性为±5V或±2.5V输入电流范围：0～20mA⑧模拟量到数字量的转换时间小于250μs现代PLC控制技术PLC特殊指令应用模拟量模块右下侧的DIP设置开关的作用单极性满量程输入分辨率双极型满量程输入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON0~10V2.5mVSW1SW2SW3ONOFF0~5V1.25mVOFFOFFON+/-5V2.5mV0~20mA5μAONOFF+/-2.5V1.25mV（3）EM231模拟量输入模块输入信号的整定现代PLC控制技术PLC特殊指令应用电流发送器电压发送器未用端子配置开关增益没有使用24VDC电源和公共端图6-3EM231模拟量输入模块端子及DIP开关示意图固定端子块增益DIP设定开关开关现代PLC控制技术PLC特殊指令应用输入信号进行整定，输入信号的调整步骤如下：①在模块脱离电源的条件下，通过DIP开关选择需要的输入范围；②接通CPU及模块电源，并使模块稳定15分钟；③用一个电压源或电流源，给模块输入一个零值信号；④读取模拟量输入寄存器AIW相应地址中的值，获得偏移误差（输入为0时，模拟量模块产生的数字量偏差值），该误差在该模块中无法得到校正；图6-4EM231转换曲线偏置误差32000010V⑤将一个工程量的最大值加到模块输入端，调节增益电位器，直到读数为32000，或所需要的数值。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用经上述调整后，若输入电压范围为0～10V的模拟量信号，则对应的数字量结果应为0～32000或所需要数字，其关系如图6-4所示。图6-4EM231转换曲线偏置误差32000010V现代PLC控制技术PLC特殊指令应用2．EM231热电偶模块及热电阻模块EM231热电偶模块是专门用于对热电偶输出信号进行A/D转换的智能模块。它可以连接7种类型的热电偶（J，K，E，N，S，T和R），还可用于测量0到+/-80mV范围的低电平模拟信号。其接线端子示意图如图6-5所示。EM231热电阻模块是专门用于将热电阻信号转为数字量信号的智能模块，它可以连接四种类型的热电阻（Pt，Cu，Ni和电阻）。其接线端子示意图如图6-6所示。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用图6-5热电偶输入模块端子示意图现代PLC控制技术PLC特殊指令应用图6-6热电阻输入模块端子示意图现代PLC控制技术PLC特殊指令应用表6-2热电偶类型选择热电偶类型SW1SW2SW3热电偶类型SW1SW2SW3J000R100K001S101T010N110E011+/-80mV111表6-3EM231热电偶模块DIP开关的其它项设置DIP开关状态作用项目名称DIP开关状态作用项目名称SW51负向标定+3276.7传感器熔断方向的检测SW71华氏温度测量温度测量单位的选择0正向标定-3276.70摄氏温度测量SW61禁止断线检测电流导线断线检测的选择SW81冷端补偿禁止冷端补偿的选择0启动断线检测电流0冷端补偿启用现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.1.2模拟量输出模块1.EM232模拟量输出模块的内部结构及数据格式电压-电流转换器电压输出缓冲器数-模转换器D/A电流输出电压输出图6-7EM232模拟量输出模块外部接线图及内部结构图现代PLC控制技术PLC特殊指令应用在16位模拟量输出寄存器AQW中的数字量其有效位为12位，格式如图6-8所示。数据的最高有效位是符号位，最低4位在转换为模拟量输出值时，将自动屏弊。MSBLSB15141312111098765432100数据值11位0000电流输出数据格式MSBLSB1514131211109876543210数据值12位0000电压输出的数据格式现代PLC控制技术PLC特殊指令应用2.EM232模拟量输出模块的输出性能表6-4EM232模拟量输出模块的输出性能项目信号范围分辨率数据字格式精度典型250C最大驱动电压输出+/-10V12位-32000～+32000满量程的±0.5%最小5000Ω电流输出0～20mA11位0～+32000满量程的±0.5%最大500Ω现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.1.3EM235模拟量输入输出混合模块图6-9EM235输入输出混合模块端子、DIP设置开关及校准电位器示意图现代PLC控制技术PLC特殊指令应用1.EM235模拟量输入输出模块的输入输出特性EM235模拟量输入输出模块的输入回路与EM231模拟量输入模块的输入回路稍有不同，它增加了一个偏置电压调整回路，通过调节输出接线端子右侧的偏置电位器（如图6-9所示）可以消除偏置误差，其输入特性较EM231模块的输入特性，其不同之处主要表现在可供选择的输入信号范围更加细致，以便适应其更加广泛的场合。EM235模块的输出特性同EM232模块，此处不再秉述。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用2.EM235模拟量输入输出模块的使用EM235模拟量输入输出混合模块输入信号整定的步骤：①在模块脱离电源的条件下，通过DIP开关选择需要的输入范围（见表6-5）。②接通CPU及模块电源，并使模块稳定15分钟。③用一个电压源或电流源，给模块输入一个零值信号。④调节偏置电位器，使模拟量输入寄存器的读数为零或所需要的数值。⑤将一个满刻度的信号加到模块输入端，调节增益电位器，直到读数为32000，或所需要的数值。经上述调整后，若输入最大值为0～10V的模拟量信号，则对应的数字量结果应为32000或所需数字，其关系如图6-10所示。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用图6-10EM235转换曲线32000010V模拟量输入值数字量输出值现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.2.1模拟量输入信号的整定模拟量输入信号的整定需要考虑以下问题：●模拟量输入值的数字表示方法●模拟量输入值的数字量表示范围●过程量的最大变化范围6.2模拟量数据的处理●系统偏移量的修正●标准化问题●线性化问题现代PLC控制技术PLC特殊指令应用模拟输入量的转换及标准化XORDAC0，AC0//清累加器AC0MOVWAIW0，AC0//读模拟量存入AC0LDW=AC0，0//若模拟量为正JMPK0//则转到标号为K0的程序段进行直接转换NOT//否则(即模拟量为负)ORD16#FFFF0000，AC0//AC0中的符号处理LBLK0DTRAC0，AC0//将32位整数格式转换为实数格式/R64000.0，AC0//将AC0中的值标准化+R0．5，AC0//将所得结果转移到范围[0.0，1.0]MOVRAC0，VDl00//将标准化结果存入PID运算数据存储区现代PLC控制技术PLC特殊指令应用数字量信号的滤波方法工程上的数字滤波方法有：平均值滤波：算术平均值滤波的效果与采样次数有关，采样次数越多效果越好。但这种滤波方法对于强干扰的抑制作用不大去极值平均滤波：可有效地消除明显的干扰信号，消除的方法是对多次采样值进行累加后，找出最大值和最小值，然后从累加和中减去最大值和最小值，再进行平均值滤波。惯性滤波：逐次修正，它类似于较大惯性的低通滤波功能。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.2.2模拟量输出信号的整定在模拟量输出信号整定过程中，需考虑模拟量信号的最大范围、D／A转换器可容纳的最大位值以及系统的偏移量值等因素。模拟量的输出整定过程是一个线性处理过程。各输出量的位值，由输出的实际控制量范围与最大数字量位值的关系确定。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用在系统稳态运行时，PID控制器的作用就是通过调节其输出使偏差为零。偏差由给定量(SP，希望值)与过程变量(PV，实际值)之差来确定。6.3模拟量PID调节功能PID系统的组成现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.3.1PID算法1．连续系统的PID算法dttdeTKMdtteTKcteKtYDCinitialtIC)()(1)(0Y(t):回路控制算法的输出(为时间的函数)；KC:回路增益；e(t):误差(给定值与过程变量之差)；Minitial:回路控制算法输出的初始值;TI:积分时间常数；就是积分项的输出量每增加与比例项输出量相等的值所需要的时间。TD:微分时间常数；就是对于相同的输出调节量，微分项超前于比例项响应的时间。现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.3.1PID算法3．离散系统的PID算法Yn为在采样时刻n计算出的回路控制输出值；SPn为在采样时刻n的给定值；PVn为在采样时刻n的过程变量值。PVn-1为在采样时刻n-1的过程变量值。T为采样周期；YX为在采样时刻n-1的积分项(也称为积分和))()(11nnDCinitialniiICnCneeTTKYeTTKeKY=1()()()DCnnCnnCnnITTKSPPVKSPPVYXKPVPVTT现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.3.1PID算法4．参数确定1）采样周期T的确定2）KC，TI，TD的确定(1)由系统开环单位阶跃响应曲线确定Kc、t和T'；(2)计算系统响应率R＝Kc/T'-t；(3)若只采用比例环节，则取Kc=T/R.t；(4)若只取PI环节,则取Kc=0.9/R.t，KI=0.27Kc/R.t2；(5)若采用PID,则取Kc=(1.2~2)·/R.t，KI＝0.5Kc/t，KD=0.5Kc·t。=现代PLC控制技术PLC特殊指令应用6.3.2PID回路(PIDControlLoop)指令1．指令格式LOOP为回路号，可在0-7范围选取；TBL为回路表的起始地址，指定PID运算的有关参数，可寻址的地址为VB。2．指令功能PID回路控制指令利用以TBL为起始地址的回路表中提供的回路参数，进行PID运算。PIDENTBLLOOPTBL，LOOPPID现代PLC控制技术PLC特殊指令应用3．回路表偏移地址(VB)变量名数据格式输入/输出类型取值范围0反馈量(PVn)双字实数输入在0．0、1．0之间4给定值(SPn)双字实数输入在0．0～1．0之间8输出值(Yn)双字实数输入/输出在0．0—1．0之间12增益(KC)双字实数输入比例常数，可正可负16采样时间(T)双字实数输入单