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1、 工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算 工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供水系统和变频器的恒压供水系统模块四模块四 恒压供水系统的设计、安装与恒压供水系统的设计、安装与调试调试上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页
2、下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返
3、回 输出数据超出整数范围时产生溢出。输出数据超出整数范围时产生溢出。数据类型：输入为数据类型：输入为DINTDINT，输出为，输出为INDIND。3. 3. 双整数与实数双整数与实数（1 1）实数到双整数）实数到双整数实数转换到双整数，有两条指令：实数转换到双整数，有两条指令：ROUNDROUND和和TRUNCTRUNC。指令格式：指令格式：LADLAD及及STLSTL，格式如图，格式如图4-204-20（a a）、（）、（b b）所示。）所示。工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回功能描述：将实数输入数据功能描述：将实数输入数据ININ转换成双整数类型，并
4、将结果送到转换成双整数类型，并将结果送到OUTOUT输出。输出数据超出整数范围时产生溢出。两条指令的区别是：前者输出。输出数据超出整数范围时产生溢出。两条指令的区别是：前者小数点部分小数点部分4 4舍舍5 5入，而后者小数部分直接舍去。入，而后者小数部分直接舍去。数据类型：输入为数据类型：输入为REALREAL，输出为，输出为DINDDIND。（2 2）双整数到实数）双整数到实数指令格式：指令格式：LADLAD及及STLSTL格式如图格式如图4-204-20（b b）所示。）所示。功能描述：将双整数输入数据功能描述：将双整数输入数据ININ转换成实数，并将结果送到转换成实数，并将结果送到OUT
5、OUT输输出。出。数据类型：输入为数据类型：输入为DINTDINT，输出为，输出为REALREAL。（3 3）整数到实数）整数到实数没有直接的整数到实数转换指令。转换时，先使用没有直接的整数到实数转换指令。转换时，先使用I-DII-DI（整数到双（整数到双整数）指令，然后再使用整数）指令，然后再使用DTRDTR（双整数到实数）指令即可，如图（双整数到实数）指令即可，如图4-204-20（c c）所示。所示。工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值
6、运算的数值运算上一页 下一页返回 “53”53”是正确的。而不经是正确的。而不经BCDIBCDI变换，直接传送到变量寄存器变换，直接传送到变量寄存器VW20VW20中中的数据的数据“83”83”则是错误的。则是错误的。工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页 下一页返回（2 2）整数到）整数到BCDBCD码码指令格式：指令格式：LADLAD及及STLSTL，格式如图，格式如图4-244-24所示。所示。功能描述：将整数输入数据功能描述：将整数输入数据ININ转换成转换成BCDBCD码类型，并将结果送到码类型，并将结果送到OUTOUT输出。输入数据输出。输入数据ININ的范
7、围为的范围为0 09 9999 999。在。在STLSTL中，中，ININ和和OUTOUT使用相同的存使用相同的存储单元。储单元。数据类型：输入数据类型：输入/ /输出均为字。输出均为字。【例【例4-94-9】I-BCDI-BCD指令的应用举例如图指令的应用举例如图4-254-25所示。当所示。当I0.1I0.1接通时，先接通时，先将将2121存入存入VW0VW0，然后（，然后（VW0VW0）=21=21编为编为BCDBCD码输出到码输出到QB0QB0。从图所示的工作过程看出，从图所示的工作过程看出，VW0VW0中存储的二进制数据与中存储的二进制数据与QB0QB0中存储的中存储的BCDBCD码
8、完全不同。码完全不同。QB0QB0以以4 4位位BCDBCD码为码为1 1组，从高至低分别是十进数组，从高至低分别是十进数2 2、1 1的的BCDBCD码。码。工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数值运算上一页返回任务实施任务实施一、画一、画I/OI/O接线接线数值运算数值运算X X和和Y Y通过拨码器输入、运算结果通过数码管显示的通过拨码器输入、运算结果通过数码管显示的I/OI/O接接线如图线如图4-264-26所示。所示。二、根据运算要求编写控制梯形图二、根据运算要求编写控制梯形图梯形图如图梯形图如图4-274-27所示。所示。工作任务工作任务1 PLC1 PLC的数值运算的数
9、值运算下一页返回工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回的输入范围、极性，如表的输入范围、极性，如表4-34-3所列。所列。设定模拟量输入类型后，需要进行模块的校准，此操作需通过调整设定模拟量输入类型后，需要进行模块的校准，此操作需通过调整模块中的模块中的“增益调整增益调整”电位器实现。电位器实现。工作任务工作任务2 2
10、 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回校准调节影响所有的输入通道。即使在校准以后，如果模拟量多路校准调节影响所有的输入通道。即使在校准以后，如果模拟量多路转换器之前的输入电路元件值发生变化，从不同通道读入同一个输入信转换器之前的输入电路元件值发生变化，从不同通道读入同一个输入信号，其信号值也会有微小的不同。校准输入的步骤如下所述。号，其信号值也会有微小的不同。校准输入的步骤如下所述。 切断模块电源，用切断模块电源，用DIPDIP开关选择需要的输入范围；开关选择需要的输入范围； 接通接通CPUCPU和模块电源，使模块稳定和模块电源，使模块稳定15 m
11、in15 min； 用一个变送器、一个电压源或电流源，将零值信号加到模块的用一个变送器、一个电压源或电流源，将零值信号加到模块的一个输入端；一个输入端； 读取该输入通道在读取该输入通道在CPUCPU中的测量值；中的测量值； 调节模块上的调节模块上的OFFSETOFFSET（偏置）电位器，直到读数为零或需要的（偏置）电位器，直到读数为零或需要的数字值；数字值； 将一个工程量的最大值（或满刻度模拟量信号）接到某一个输将一个工程量的最大值（或满刻度模拟量信号）接到某一个输入端子，调节模块上的入端子，调节模块上的GAINGAIN（增益）电位器，直到读数为（增益）电位器，直到读数为32 00032 00
12、0或需要或需要的数字值。的数字值。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回 必要时重复上述校准偏置和增益的过程；必要时重复上述校准偏置和增益的过程；如输入电压范围是如输入电压范围是0 010 V10 V的模拟量信号，则对应的数字量结果应的模拟量信号，则对应的数字量结果应为为0 032 00032 000；电压为；电压为0 V0 V时，数字量不一定是时，数字量不一定是0 0，可能有一个偏置值，可能有一个偏置值，如图如图4-354-35所示。所示。（3 3）输入模拟量的读取）输入模拟量的读取每个模拟量占用一个字长（每个模拟量占用一个
13、字长（1616位），其中数据占位），其中数据占1212位。依据输入模位。依据输入模拟量的极性，数据字格式有所不同。其格式如图拟量的极性，数据字格式有所不同。其格式如图4-364-36所示。所示。单极性：单极性：2 21515-2-23 3=32 760=32 760。差值：差值：32 760-32 000=76032 760-32 000=760，通过调偏差，通过调偏差/ /增益系统完成。增益系统完成。模拟量转换为数字量的模拟量转换为数字量的1212位读数是左对齐的。对单极性格式，最高位读数是左对齐的。对单极性格式，最高位为符号位，最低位为符号位，最低3 3位是测量精度位，即位是测量精度位，即
14、A/DA/D转换是以转换是以8 8为单位进行的；对为单位进行的；对双极性格式，最低双极性格式，最低4 4位为转换精度位，即位为转换精度位，即A/DA/D转换是以转换是以1616为单位进行的。为单位进行的。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回在读取模拟量时，利用数据传送指令在读取模拟量时，利用数据传送指令MOV-WMOV-W，可以从指定的模拟量，可以从指定的模拟量输入通道将其读取到内存中，然后根据极性，利用移位指令或整数除法输入通道将其读取到内存中，然后根据极性，利用移位指令或整数除法指令将其规格化，以便于处理数据值部分。指令
15、将其规格化，以便于处理数据值部分。2. 2. 模拟量输出模块模拟量输出模块EM232EM232（1 1）模拟量输出寻址）模拟量输出寻址图图4-374-37是模拟量输出是模拟量输出EM232EM232端子及内部结构，通过端子及内部结构，通过D/AD/A模块，模块，S7-200 S7-200 CPUCPU把一个字长（把一个字长（1616位）的数字量（位）的数字量（0 032 00032 000）按比例转换成电流或电）按比例转换成电流或电压。用区域标识符（压。用区域标识符（AQAQ）、数据长度（）、数据长度（W W）和模拟通道的起始地址存储这）和模拟通道的起始地址存储这些量。其格式为：些量。其格式为
16、：AQWAQW起始字节地址。起始字节地址。因为模拟输出量为一个字长，且从偶数字节开始，所以必须从偶数因为模拟输出量为一个字长，且从偶数字节开始，所以必须从偶数字节地址存储这些值，如字节地址存储这些值，如AQW0AQW0、AQW2AQW2、AQW4AQW4等。模拟量输出值是只写数等。模拟量输出值是只写数据，故用户不能读取。据，故用户不能读取。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回（2 2）模拟量的输出）模拟量的输出模拟量的输出范围为模拟量的输出范围为-10-10+10 V+10 V和和0 020 mA20 mA（由接线方式决定）
17、，（由接线方式决定），对应的数字量分别为对应的数字量分别为-32 000-32 00032 00032 000和和0 032 00032 000。图图4-384-38所示模拟量数据输出值是左对齐的，最高有效位是符号位，所示模拟量数据输出值是左对齐的，最高有效位是符号位，0 0表示正值。最低表示正值。最低4 4位是位是4 4个连续的个连续的0 0，在转换为模拟量输出值时将自动屏，在转换为模拟量输出值时将自动屏蔽，而不会影响输出信号值。蔽，而不会影响输出信号值。在输出模拟量时，首先根据电流输出方式或电压输出方式，利用移在输出模拟量时，首先根据电流输出方式或电压输出方式，利用移位指令或整数乘法指令对
18、数据值部分进行处理，然后利用数据传送指令位指令或整数乘法指令对数据值部分进行处理，然后利用数据传送指令MOV-WMOV-W，将其从指定的模拟量输出通道输出。，将其从指定的模拟量输出通道输出。二、模拟量数据的处理二、模拟量数据的处理1. 1. 模拟量输入信号的整定模拟量输入信号的整定通过模拟量输入模块转换后的数字信号直接存储在通过模拟量输入模块转换后的数字信号直接存储在S7-200S7-200系列系列PLCPLC的模拟量数据输出值拟量输入存储器的模拟量数据输出值拟量输入存储器AIWAIW中。中。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页
19、返回这种数字量与被转换的结果之间有一定的函数对应关系，但在数值这种数字量与被转换的结果之间有一定的函数对应关系，但在数值上并不相等，必须经过某种转换才能使用。这种将模拟量输入模块转换上并不相等，必须经过某种转换才能使用。这种将模拟量输入模块转换后的数字信号在后的数字信号在PLCPLC内部按一定函数关系进行转换的过程称为模拟量输入内部按一定函数关系进行转换的过程称为模拟量输入信号的整定。信号的整定。模拟量输入信号的整定通常需要考虑以下几个问题。模拟量输入信号的整定通常需要考虑以下几个问题。（1 1）模拟量输入值的数字量表示方法）模拟量输入值的数字量表示方法模拟量输入值的数字量表示方法即模拟量输入
20、模块数据的位数是多模拟量输入值的数字量表示方法即模拟量输入模块数据的位数是多少？是否从数据字的第少？是否从数据字的第0 0位开始？若不是，应进行移位操作使数据的最低位开始？若不是，应进行移位操作使数据的最低位排列在数据字的第位排列在数据字的第0 0位上，以保证数据的准确性。如位上，以保证数据的准确性。如EM231EM231模拟量输入模拟量输入模块，在单极性信号输入时，模拟量的数据值是从第模块，在单极性信号输入时，模拟量的数据值是从第3 3位开始的，因此数位开始的，因此数据整定的任务是把该数据字右移据整定的任务是把该数据字右移3 3位。位。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒
21、压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回（2 2）模拟量输入值的数字量表示范围）模拟量输入值的数字量表示范围该范围由模拟量输入模块的转换精度决定的。如果输入量的范围大该范围由模拟量输入模块的转换精度决定的。如果输入量的范围大于模块可能表示的范围，则可以使输入量的范围限定在模块表示的范围于模块可能表示的范围，则可以使输入量的范围限定在模块表示的范围内。内。（3 3）系统偏移量的消除）系统偏移量的消除系统偏移量是指在无模拟量信号输入情况下由测量元件的测量误差系统偏移量是指在无模拟量信号输入情况下由测量元件的测量误差及模拟量输入模块的转换死区所引起的，具有一定数值的转换结果。消及模拟量输入
22、模块的转换死区所引起的，具有一定数值的转换结果。消除这一偏移量的方法是在硬件方面进行调整（如调整除这一偏移量的方法是在硬件方面进行调整（如调整EM231EM231中偏置电位器）中偏置电位器）或使用或使用PLCPLC的运算指令消除。的运算指令消除。（4 4）过程量的最大变化范围）过程量的最大变化范围过程量的最大变化范围与转换后的数字量最大变化范围应有一一对过程量的最大变化范围与转换后的数字量最大变化范围应有一一对应的关系，这样就可以使转换后的数字量精确地反映过程量的变化。如应的关系，这样就可以使转换后的数字量精确地反映过程量的变化。如用用0 00 FH0 FH反映反映0 010 V10 V的电压
23、与用的电压与用0 0FFHFFH反映反映0 010 V10 V的电压相比较，的电压相比较，后者的灵敏度或精确度显然要比前者高得多。后者的灵敏度或精确度显然要比前者高得多。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回（5 5）标准化问题）标准化问题从模拟量输入模块采集到的过程量都是实际的工程量，其幅度、范从模拟量输入模块采集到的过程量都是实际的工程量，其幅度、范围和测量单位都不同，在围和测量单位都不同，在PLCPLC内部进行数据运算之前，必须将这些值转换内部进行数据运算之前，必须将这些值转换为无量纲的标准格式。为无量纲的标准格式。（6
24、 6）数字量滤波问题）数字量滤波问题电压、电流等模拟量常常会因为现场干扰而产生较大波动。这种波电压、电流等模拟量常常会因为现场干扰而产生较大波动。这种波动经动经A/DA/D转换后亦反映在转换后亦反映在PLCPLC的数字量输入端。若仅用瞬时采样值进行控的数字量输入端。若仅用瞬时采样值进行控制计算，将会产生较大误差，因此有必要进行滤波。制计算，将会产生较大误差，因此有必要进行滤波。工程上的数字滤波方法有平均值滤波、去极值平均滤波以及惯性滤工程上的数字滤波方法有平均值滤波、去极值平均滤波以及惯性滤波法等。算术平均值滤波的效果与采样次数有关，采样次数越多则效果波法等。算术平均值滤波的效果与采样次数有关
25、，采样次数越多则效果越好。但这种滤波方法对于强干扰的抑制作用不大，而去极值平均滤波越好。但这种滤波方法对于强干扰的抑制作用不大，而去极值平均滤波方法则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方法则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，然后从累加和中减去最大值和最小值，再进行平均值滤波。累加后，然后从累加和中减去最大值和最小值，再进行平均值滤波。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回惯性滤波的方法就是逐次修正，它类似于较大惯性的低通滤波功能。惯性滤波的方法就是逐次修正，它类似于较大惯性的
26、低通滤波功能。这些方法可同时使用，这样效果会更好。这些方法可同时使用，这样效果会更好。2. 2. 模拟量输出信号的整定模拟量输出信号的整定在在PLCPLC内部进行模拟量输入信号处理时，通常把模拟量输入模块转内部进行模拟量输入信号处理时，通常把模拟量输入模块转换后的数字量转换为标准工程量，经过工程实际需要的运算处理后，可换后的数字量转换为标准工程量，经过工程实际需要的运算处理后，可得出上下限报警信号及控制信息。报警信息经过逻辑控制程序可直接通得出上下限报警信号及控制信息。报警信息经过逻辑控制程序可直接通过过PLCPLC的数字量输出点输出，而控制信息需要暂存到模拟量存储器的数字量输出点输出，而控制
27、信息需要暂存到模拟量存储器AQWxAQWx中，中，经模拟量输出模块转换为连续的电压或电流信号输出到控制系统的执行经模拟量输出模块转换为连续的电压或电流信号输出到控制系统的执行部件，以便进行调节。模拟量输出信号的整定就是要将部件，以便进行调节。模拟量输出信号的整定就是要将PLCPLC的运算结果按的运算结果按照一定的函数关系转换为模拟量输出寄存器中的数字值，以备模拟量输照一定的函数关系转换为模拟量输出寄存器中的数字值，以备模拟量输出模块转换为现场需要的输出电压或电流。出模块转换为现场需要的输出电压或电流。已知在某温度控制系统中由已知在某温度控制系统中由PLCPLC控制温度的升降。当控制温度的升降。
28、当PLCPLC的模拟量输的模拟量输出模块输出出模块输出10 V10 V电压时，要求系统温度达到电压时，要求系统温度达到500500，现，现PLCPLC的运算结果为的运算结果为200200，则应向模拟量输出存储器，则应向模拟量输出存储器AQWxAQWx写入的数字量为多少？写入的数字量为多少？工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回这就是一个模拟量输出信号的整定问题。这就是一个模拟量输出信号的整定问题。显然，解决这一问题的关键是要了解模拟量输出模块中的数字量与显然，解决这一问题的关键是要了解模拟量输出模块中的数字量与模拟量之间的对应
29、关系，这一关系通常为线性关系。如模拟量之间的对应关系，这一关系通常为线性关系。如EM232EM232模拟量输出模拟量输出模块输出的模块输出的0 010 V10 V电压信号对应的内部数字量为电压信号对应的内部数字量为0 032 00032 000。上述运算。上述运算结果结果200200所对应的数字量可用简单的算术运算程序得出。所对应的数字量可用简单的算术运算程序得出。【例【例4-114-11】如某管道水的压力是（】如某管道水的压力是（0 01 MPa1 MPa），通过变送器转化成），通过变送器转化成（4 420 mA20 mA）输出，经过）输出，经过EM231EM231的的A/DA/D转化，转化
30、，0 020 mA20 mA对应数字量范围是对应数字量范围是（0 032 00032 000），当压力大于），当压力大于0.8 MPa0.8 MPa时指示灯亮。时指示灯亮。解解 工程量与模拟量、模拟量与数字量的对应关系如图工程量与模拟量、模拟量与数字量的对应关系如图4-394-39所示。所示。0.8 MPa0.8 MPa时的电流值为时的电流值为X=(20-4)X=(20-4)(0.8-0)/(1-0)+4(0.8-0)/(1-0)+40.8 MPa0.8 MPa时的信号量是：时的信号量是：X=16.8 mAX=16.8 mA；工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器
31、的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回对应的数字量是对应的数字量是N=(32 000-0)N=(32 000-0)(16.8-0)/(20-0)+0(16.8-0)/(20-0)+00.8 MPa0.8 MPa时的数字量是：时的数字量是：N=26 880N=26 880；程序如图程序如图4-404-40所示。所示。【例【例4-124-12】如图】如图4-414-41所示，某所示，某D/AD/A转换通过转换通过EM232EM232进行，输出驱动变进行，输出驱动变频器工作，信号是（频器工作，信号是（4 420 mA20 mA）时对应的频率范围是（）时对应的频率范围是（10 Hz10 Hz50 Hz
32、50 Hz），），求数字量为求数字量为20 00020 000时的频率解时的频率解 D/AD/A转换器转换器EM232EM232数字量为（数字量为（0 032 00032 000）对应的模拟电流是（对应的模拟电流是（0 020 mA20 mA），如图），如图4-414-41（a a）所示，设数字量为）所示，设数字量为20 20 000000时对应的电流为时对应的电流为X X，则有，则有32 000/20=20 000/X32 000/20=20 000/XX X12.5 mA12.5 mA由图由图4-414-41（b b）可得：）可得：(20-4)/(12.5-4)=(50-10)/(f-10
33、) =31.25 Hz(20-4)/(12.5-4)=(50-10)/(f-10) =31.25 Hz工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回三、三、PIDPID控制指令控制指令1. PID1. PID控制控制在工业生产中，常需要用闭环控制方式实现温度、压力、流量等连在工业生产中，常需要用闭环控制方式实现温度、压力、流量等连续变化的模拟量控制。无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用续变化的模拟量控制。无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用计算机（包括计算机（包括PLCPLC）的数字控制系统，）的数字控制系统，PIDPID
34、控制都得到了广泛的应用。控制都得到了广泛的应用。过程控制系统在对模拟量进行采样的基础上，一般还对采样值进行过程控制系统在对模拟量进行采样的基础上，一般还对采样值进行PIDPID（比例（比例+ +积分积分+ +微分）运算，并根据运算结果，形成对模拟量的控制作微分）运算，并根据运算结果，形成对模拟量的控制作用。控制结构如图用。控制结构如图4-424-42所示。所示。PIDPID回路的输出变量回路的输出变量M M（t t）是时间）是时间t t的函数，如式（的函数，如式（4-14-1）所示。）所示。 （4-14-1）式中：式中：M M( (t t)PID)PID回路的输出，是时间函数；回路的输出，是时
35、间函数；K Kc cPIDPID回路的增益；回路的增益；工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回e ePIDPID回路的偏差；回路的偏差；M MinitialinitialPIDPID回路输出的初始值。回路输出的初始值。数字计算机处理这个函数关系式，将式子离散化，对偏差周期采样数字计算机处理这个函数关系式，将式子离散化，对偏差周期采样后，计算输出值，式（后，计算输出值，式（4-24-2）是式（）是式（4-14-1）的离散形式。）的离散形式。M Mn n = =K Kc ce en n+ + K KI Ie en n+ +MXMX
36、+ +K KD D( (e en n- -e en n-1)=-1)=MPMPn n+ +MIMIn n+ +MDMDn n （4-24-2）式中：式中：M Mn n在第在第n n次采样时刻次采样时刻PIDPID回路输出的计算值回路输出的计算值K Kc cPIDPID回路的增益；回路的增益；e e在第在第n n次采样的偏差值；次采样的偏差值；e en-1n-1在第在第n n-1-1次采样的偏差值；次采样的偏差值；K KI I积分项系数；积分项系数；M MinitialinitialPIDPID回路输出的初始值；回路输出的初始值；K KD D微分项系数。微分项系数。工作任务工作任务2 2 基于基
37、于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回MXMX积分项前值（在第积分项前值（在第n n次采样的积分值）；次采样的积分值）；MPMPn n第第n n次采样时刻的比例项；次采样时刻的比例项；MIMIn n第第n n次采样时刻的积分项；次采样时刻的积分项；MDMDn n第第n n次采样时刻的微分项。次采样时刻的微分项。PIDPID运算中的比例作用：可对偏差作出及时响应。运算中的比例作用：可对偏差作出及时响应。积分作用：可以消除系统的静态误差，提高精度，加强系统对参数积分作用：可以消除系统的静态误差，提高精度，加强系统对参数变化的适应能力。变化的适应能力。微分作用：
38、可以克服惯性滞后，加快动作时间，克服振荡，提高抗微分作用：可以克服惯性滞后，加快动作时间，克服振荡，提高抗干扰能力和系统的稳定性，可改善系统动态响应速度。干扰能力和系统的稳定性，可改善系统动态响应速度。因此，对于速度、位置等快过程及温度、化工合成等慢过程，因此，对于速度、位置等快过程及温度、化工合成等慢过程，PIDPID控制都具有良好的实际效果。若能将三种作用的强度适当配合，则可以控制都具有良好的实际效果。若能将三种作用的强度适当配合，则可以使使PIDPID回路快速、平稳、准确地运行，从而获得满意的控制效果。回路快速、平稳、准确地运行，从而获得满意的控制效果。工作任务工作任务2 2 基于基于P
39、LCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回PIDPID的三种作用是相互独立、互不影响的。改变一个参数，仅影响的三种作用是相互独立、互不影响的。改变一个参数，仅影响一种调节作用，而不影响其他调节作用。一种调节作用，而不影响其他调节作用。S7-200 CPUS7-200 CPU提供了提供了8 8个回路的个回路的PIDPID功能，用于实现需要按照功能，用于实现需要按照PIDPID控制控制规律进行自动调节的控制任务，如温度、压力和流量控制等。规律进行自动调节的控制任务，如温度、压力和流量控制等。PIDPID功能一功能一般需要模拟量输入，以反映被控制物理量的实际数值，称为反
40、馈；而用般需要模拟量输入，以反映被控制物理量的实际数值，称为反馈；而用户设定的调节目标值，即为给定。户设定的调节目标值，即为给定。PIDPID运算的任务就是根据反馈与给定的运算的任务就是根据反馈与给定的差值，按照差值，按照PIDPID运算规律计算出结果，输出到固态开关元件（控制加热棒）运算规律计算出结果，输出到固态开关元件（控制加热棒）或者变频器（驱动水泵）等执行机构进行调节，以达到自动维持被控制或者变频器（驱动水泵）等执行机构进行调节，以达到自动维持被控制的量跟随给定变化的目的。的量跟随给定变化的目的。S7-200S7-200中中PIDPID功能的核心是功能的核心是PIDPID指令，指令，P
41、IDPID指令需要指定一个以指令需要指定一个以V V为变为变量存储区地址开始的量存储区地址开始的PIDPID回路表以及回路表以及PIDPID回路号。回路号。PIDPID回路表提供了给定和回路表提供了给定和反馈以及反馈以及PIDPID参数等数据入口，参数等数据入口，PIDPID运算的结果也在回路表中输出。运算的结果也在回路表中输出。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回2. PID2. PID调节指令格式及功能调节指令格式及功能PIDPID调节指令格式如图调节指令格式如图4-434-43（a a）所示，图）所示，图4-434-4
42、3（b b）是表示参数起）是表示参数起始地址为始地址为VB2VB2，PIDPID调节回路号为调节回路号为0 0。说明：说明： LOOP LOOP为为PIDPID调节回路号，可在调节回路号，可在0 07 7范围选取。为保证控制系统的范围选取。为保证控制系统的每一条控制回路都能得到正常调节，必须为调节回路号每一条控制回路都能得到正常调节，必须为调节回路号LOOPLOOP赋不同的值，赋不同的值，否则系统将不能正常工作。否则系统将不能正常工作。 TBL TBL为与为与LOOPLOOP相对应的相对应的PIDPID参数表的起始地址。它由参数表的起始地址。它由3636个字节组个字节组成，存储着成，存储着9
43、9个参数。其格式及含义如个参数。其格式及含义如表表4-44-4所列。所列。 CPU 212 CPU 212和和CPU 214CPU 214无此指令。无此指令。3. PID3. PID回路表的格式回路表的格式PLCPLC在执行在执行PIDPID调节指令时，须对算法中的调节指令时，须对算法中的9 9个参数进行运算，为此，个参数进行运算，为此，S7-200S7-200的的PIDPID指令使用一个存储回路参数的回路表，指令使用一个存储回路参数的回路表，PIDPID回路表的格式及回路表的格式及含义如表含义如表4-44-4所示。所示。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒
44、压供水系统水系统上一页 下一页返回说明：说明： PLC PLC可同时对多个生产过程（回路）实行闭环控制。由于每个生可同时对多个生产过程（回路）实行闭环控制。由于每个生产过程的具体情况不同，产过程的具体情况不同，PIDPID算法的参数亦不同。因此，需建立每个控制算法的参数亦不同。因此，需建立每个控制过程的参数表，用于存放控制算法的参数和过程中的其他数据。当需要过程的参数表，用于存放控制算法的参数和过程中的其他数据。当需要执行执行PIDPID运算时，从参数表中把过程数据送至运算时，从参数表中把过程数据送至PIDPID工作台，待运算完毕后，工作台，待运算完毕后，将有关数据结果再送至参数表。将有关数据
45、结果再送至参数表。 表中反馈量表中反馈量PVPVn n和给定值和给定值SPSPn n为为PIDPID算法的输入，只可由算法的输入，只可由PIDPID指令读指令读取并不可更改。通常反馈量来自模拟量输入模块，给定量来自人机对话取并不可更改。通常反馈量来自模拟量输入模块，给定量来自人机对话设备，如设备，如TD200TD200、触摸屏、组态软件监控系统等。、触摸屏、组态软件监控系统等。 表中回路输出值表中回路输出值M Mn n由由PIDPID指令计算得出，仅当指令计算得出，仅当PIDPID指令完全执行完指令完全执行完毕才予以更新。该值还需用户按工程量标定通过编程转换为毕才予以更新。该值还需用户按工程量
46、标定通过编程转换为1616位数字值，位数字值，送往送往PLCPLC的模拟量输出寄存器的模拟量输出寄存器AQWxAQWx。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回 表中增益（表中增益（K Kc c）、采样时间（）、采样时间（T TS S）、积分时间（）、积分时间（T TI I）和微分时间）和微分时间（T TD D）是由用户事先写入的值，通常也可通过人机对话设备（如）是由用户事先写入的值，通常也可通过人机对话设备（如TD200TD200、触摸屏、组态软件监控系统）输入。触摸屏、组态软件监控系统）输入。 表中积分项前值（表中积分项前值
47、（MXMX）由）由PIDPID运算结果更新，且此更新值用作下运算结果更新，且此更新值用作下一次一次PIDPID运算的输入值。积分和的调整值必须是运算的输入值。积分和的调整值必须是0.00.01.01.0之间的实数。之间的实数。4. 4. 输入输入/ /输出量的处理输出量的处理（1 1）输入回路归一化处理）输入回路归一化处理AIWx16AIWx16位整数位整数3232位整数位整数3232位实数位实数标准化（标准化（0.00.01.01.0）将实数转换成将实数转换成0.00.01.01.0间的标准化数值，送回路表地址偏移量为间的标准化数值，送回路表地址偏移量为0 0的存储区，用下式计算：的存储区，
48、用下式计算：实际数值的标准化数值实际数值的非标准化实数实际数值的标准化数值实际数值的非标准化实数/ /取值范围偏取值范围偏移量移量工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回式中取值范围：单极性为式中取值范围：单极性为32 00032 000，双极性为，双极性为64 00064 000。偏移量：单极性为偏移量：单极性为0 0 双极性为双极性为0.50.5。（2 2）输出回路处理）输出回路处理标准化（标准化（0.00.01.01.0）3232位整数位整数1616位整数位整数AQWxAQWxPIDPID的运算结果是一个在（的运算结果是一
49、个在（0.00.01.01.0）范围内标准化实数格式的数）范围内标准化实数格式的数据，必须转换为据，必须转换为1616位的按工程标定的值才能用于驱动实际机械如变频器位的按工程标定的值才能用于驱动实际机械如变频器等，用下式计算：等，用下式计算：输出实数数值输出实数数值=(PID=(PID回路输出标准化实数值回路输出标准化实数值- -偏移量偏移量) )取值范围取值范围式中取值范围：单极性为式中取值范围：单极性为32 00032 000，双极性为，双极性为64 00064 000。偏移量：单极性为偏移量：单极性为0 0 双极性为双极性为0.50.5。（3 3）PIDPID的运算框图的运算框图由上述可
50、知，由上述可知，PIDPID运算前要对输入回路进行归一化处理，运算后再运算前要对输入回路进行归一化处理，运算后再对输出回路进行逆处理，其运算过程参考图对输出回路进行逆处理，其运算过程参考图4-444-44，以利于理清编程思路。，以利于理清编程思路。工作任务工作任务2 2 基于基于PLCPLC和变频器的恒压供和变频器的恒压供水系统水系统上一页 下一页返回四、四、PIDPID向导的应用向导的应用STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN提供了提供了PID WizardPID Wizard（PIDPID指令向导），可以帮助用指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的户方便