第七章 PLC在模擬量與PID閉環(huán)控制中的應(yīng)用

1、安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 虛線部分由PLC的基本單元加上模擬量輸入/輸出擴展單元來承擔。即由PLC自動采樣來自檢測元件或變送器的模擬輸入信號，同時將采樣的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，存在指定的數(shù)據(jù)寄存器中，經(jīng)過PLC運算處理后輸出給執(zhí)行機構(gòu)。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 傳統(tǒng)的模擬量控制系統(tǒng)主要采用電動組合儀表，常用的有DDZ-型和DDZ-型儀表。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但體積大、功耗大、安裝復(fù)雜、通用性和靈活性較差、控制精度和穩(wěn)定性較差。另外，其控制運算功能簡單，不能實現(xiàn)復(fù)雜的過程控制。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新型的過程控制計算機不斷涌現(xiàn)，較為流行的有工業(yè)控制計算機（

2、IPC）、可編程調(diào)節(jié)器（PSC）、集散控制系統(tǒng)（DCS）。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 可編程調(diào)節(jié)器（PSC）是在DDZ-型儀表的基礎(chǔ)上，采用微處理器技術(shù)發(fā)展起來的第四代儀表。它的強大功能、靈活性、可靠性、控制精度、數(shù)字通訊能力是傳統(tǒng)的電動組合儀表無法比擬的。n PSC與PLC都是智能化的工業(yè)裝置，各有特色。PLC以開關(guān)量控制為主，模擬量控制為輔；而PSC則以閉環(huán)模擬量控制為主，開關(guān)量控制為輔，并能進行顯示、報警和手動操作。n 在模擬量控制系統(tǒng)中采用PSC更適合于各種過程控制的要求。而PLC的可靠性、靈活性、強大的開關(guān)量控制能力和通訊聯(lián)網(wǎng)能力，在模擬量控制上也富有特色。 安徽工

3、業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 集散控制系統(tǒng)（DCS）是1975年問世的，它的是3C（computer、communications、control）技術(shù)的產(chǎn)物，它將順序控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、過程控制的模擬量儀表、過程監(jiān)控裝置有機地結(jié)合在一起，產(chǎn)生了滿足各種不同要求的DCS。n 而今天的PLC加強了模擬量控制功能，多數(shù)配備了各種智能模塊，具有了PID調(diào)節(jié)功能和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)、組成分級控制的功能，也實現(xiàn)了DCS所能完成的功能。到目前為止，PLC與DCS的發(fā)展越來越近。n 就發(fā)展趨勢來看，控制系統(tǒng)將綜合PLC和DCS各自的優(yōu)勢，并把兩者有機地結(jié)合起來，形成一種新型的全分布式計算機控制系統(tǒng)。 安徽

4、工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 工業(yè)控制計算機（IPC）是由通用微機的推廣應(yīng)用而發(fā)展起來的，其硬件結(jié)構(gòu)和總線的標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求實時性強、系統(tǒng)模型復(fù)雜的領(lǐng)域占有優(yōu)勢。n 而PLC的標準化程度較差，產(chǎn)品不能兼容，故開發(fā)較為困難。但PLC的梯形圖編程很受不熟悉計算機的電氣技術(shù)人員歡迎，同時PLC專為工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境設(shè)計的，可靠性非常高，被認為是不會損壞的設(shè)備，而IPC在可靠性上還不夠理想。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n FX2N系列中有關(guān)模擬量的特殊功能模塊有：n FX2N-2AD（2路模擬量輸入）n FX2N-4AD（4

5、路模擬量輸入）n FX2N-8AD（8路模擬量輸入）n FX2N-4AD-PT（4路熱電阻直接輸入）n FX2N-4AD-TC（4路熱電偶直接輸入）n FX2N-2DA（2路模擬量輸出）n FX2N-4DA（4路模擬量輸出）n FX2N-2LC（2路溫度PID控制模塊）等。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 特殊功能模塊的編號安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 特殊功能模塊的讀/寫指令 ml為特殊功能模塊的編號，ml=07；m2為該特殊功能模塊中緩沖寄存器(BFM)的編號，m2=032767；

6、n是待傳送數(shù)據(jù)的字數(shù)，n=l32（16位操作）或l16（32位操作）。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 編程舉例 例例1：FX2N-4AD模塊在0號位置，其通道CH1和CH2作為電壓輸入，CH3、CH4關(guān)閉，平均值采樣次數(shù)為4，數(shù)據(jù)存儲器D1和D2用于接收CH1、CH2輸入的平均值。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 編程舉例 例例2：FX2N-2DA模塊在1號位置，其通道CH1和CH2作為電壓輸出，將數(shù)據(jù)存儲器D1和D2的內(nèi)容通過CH1、CH2輸出。n 程序如圖6-34所示，X000接通時，通道1（CH1）執(zhí)行數(shù)字到模擬量的轉(zhuǎn)換；X001接通時，通道2（CH2）執(zhí)行數(shù)字

7、到模擬量的轉(zhuǎn)換。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 在工業(yè)控制中，PID控制（比例-積分-微分控制）得到了廣泛的應(yīng)用，這是因為PID控制具有以下優(yōu)點： 1）不需要知道被控對象的數(shù)學(xué)模型。實際上大多數(shù)工業(yè)對象準確的數(shù)學(xué)模型是無法獲得的，對于這一類系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比較滿意的效果。 2）PID控制器具有典型的結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計簡單，參數(shù)調(diào)整方便。 3）有較強的靈活性和適應(yīng)性，根據(jù)被控對象的具體情況，可以采用各種PID控制的變種和改進的控制方式，如 PI、PD、帶死區(qū)的PID、積分分離式PID、變速積分PID等。 隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID控制與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法

8、相結(jié)合，可以實現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 1）使用PID過程控制模塊。這種模塊的PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計的，并存放在模塊中，用戶在使用時只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。但是這種模塊的價格昂貴，一般在大型控制系統(tǒng)中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模塊。n 2）使用PID功能指令?，F(xiàn)在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它們實際上是用于PID控制的子程序，與A/

9、D、D/A模塊一起使用，可以得到類似于使用PID過程控制模塊的效果，價格卻便宜得多。n 3）使用自編程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制。有的PLC沒有有PID過程控制模塊和 PID控制指令，有時雖然有PID控制指令，但用戶希望采用變型PID控制算法。在這些情況下，都需要由用戶自己編制PID控制程序 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院PID指令是用來調(diào)用PID運算程序，在PID運算開始之前，應(yīng)使用MOV指令將參數(shù)（見表6-3）設(shè)定值預(yù)先寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。如果使用有斷電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器，不需要重復(fù)寫入。如果目標操作數(shù)D有斷電保持功能，應(yīng)使用初始化脈沖M8002的常開觸點將其復(fù)位。 安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 n 比例系數(shù)K p越大，比例調(diào)節(jié)作用越強，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高；但是對于大多數(shù)系統(tǒng)，K p過大會使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低n 積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但是積分作用的動作緩慢，可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響。積分時間常數(shù)T i增大時，積分作用減弱，系統(tǒng)的動態(tài)性能（穩(wěn)定性）可能有所改善，但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。n 微分部分是根據(jù)誤差變化的速度，提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。微分部分反映了系統(tǒng)變化的趨勢，它較比例調(diào)節(jié)更為及時，所以微分部分具有超前和預(yù)測的特點。微