FX系列PLC編程與應(yīng)用(廖常初)第7、8章第一頁(yè)，共37頁(yè)。2．模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換PLC用模擬量輸入模塊中的A-D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

模擬量輸出模塊中的D-A轉(zhuǎn)換器將PID控制器的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬量電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3．模擬量模塊的性能指標(biāo)

（1）分辨率與精度

模擬量輸入模塊的分辨率有8位和12位兩種。FX2N系列的模擬量模塊的滿量程模擬量（例如0～10V）一般對(duì)應(yīng)于數(shù)字0～4000。

（2）轉(zhuǎn)換速度FX2N-2AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.5ms/通道，而FX3U-4AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間為500μs/通道。

（3）量程

模擬量輸入、輸出信號(hào)可以是電壓或電流，可以是單極性或雙極性的。4．模擬量I/O模塊、特殊適配器和功能擴(kuò)展卡的特性

它們的簡(jiǎn)要特性見(jiàn)表7-1和表7-2，詳細(xì)特性見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。電壓輸入的輸入電阻一般為200k，電流輸入的輸入電阻一般為250。滿量程的總體精度一般為±1％。電壓輸出時(shí)的外部負(fù)載電阻一般為2k～1M，電流輸出時(shí)小于500。溫度檢測(cè)模塊是溫度變送器與模擬量輸入模塊的組合。第二頁(yè)，共37頁(yè)。7.1.2模擬量輸入模塊的應(yīng)用1．模擬量輸入模塊的接線FX2N-4AD模塊有4個(gè)通道，最大分辨率為12位，可選量程–10～+10V、4～20mA和–20～20mA，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量分別為–2000～2000、0～1000和–1000～1000。DC24V電源接在模塊的“24+”和“24–”端。

直流信號(hào)接在“V+”和“VI–”端，電流輸入時(shí)將V+和I+端短接。2．平均值濾波

平均值濾波用于濾除窄脈沖干擾信號(hào)，可以設(shè)置濾波的采樣周期數(shù)。取平均值會(huì)降低PLC對(duì)外部輸入信號(hào)的響應(yīng)速度。

第三頁(yè)，共37頁(yè)。3．模擬量輸入模塊輸出數(shù)據(jù)的讀出FX2N-4AD模擬量輸入模塊的緩沖存儲(chǔ)器的功能如下：BFM#0中的4位十六進(jìn)制數(shù)用來(lái)設(shè)置通道1～通道4的量程，最低位對(duì)應(yīng)于通道1。0～2對(duì)應(yīng)的量程分別為–10V～+10V、4～20mA和–20～+20mA，為3時(shí)關(guān)閉通道。BFM#1～4分別是通道1～4求平均值時(shí)的采樣周期數(shù)（1～4096）。BFM#5～8分別是通道1～4的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的平均值。BFM#9～12分別是通道1～4的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的當(dāng)前值。BFM#15為0時(shí)為正常速度轉(zhuǎn)換，為1時(shí)為高速轉(zhuǎn)換。BFM#29為錯(cuò)誤狀態(tài)信息。

在下例中，通道1和通道2被設(shè)置為–10V～+10V的電壓輸入，通道3、4被禁止。模擬量輸入模塊安裝在緊靠基本單元的地方，其模塊編號(hào)為0號(hào)。平均值濾波的周期數(shù)為4，數(shù)據(jù)寄存器D0和D1用來(lái)存放通道1和通道2的數(shù)字量輸出的平均值。下面的指令TOP中的P表示脈沖執(zhí)行。LD M8002 //首次掃描時(shí)TOP K0 K0 H3300K1//H3300→BFM#0，設(shè)置通道1、2的量程TOP K0 K1 K4K2//設(shè)置通道1、2平均值濾波的周期數(shù)為4第四頁(yè)，共37頁(yè)。LDP X1FROM K0 K29 K4M10K1//將模塊運(yùn)行狀態(tài)讀入M10～M25LDI M10 //如果模塊運(yùn)行沒(méi)有錯(cuò)誤ANI M20 //且數(shù)字量輸出未超出允許范圍FROM K0 K5 D0K2//將通道1、2的平均采樣值存入D0和D14．模擬量輸入模塊的校準(zhǔn)FX系列采用軟件校準(zhǔn)法。FX2N-4AD定義通道的數(shù)字量輸出為零時(shí)模擬輸入量的值為偏移量，通道的數(shù)字量輸出為1000時(shí)對(duì)應(yīng)的模擬輸入量為增益值。BFM#23和BFM#24分別用于存放指定通道的偏移量和增益,電壓輸入的單位為mV，電流輸入的單位為A。

BFM#21的最低兩位為二進(jìn)制數(shù)01時(shí)，允許調(diào)節(jié)增益和偏移量，為二進(jìn)制數(shù)10時(shí)，禁止調(diào)節(jié)增益和偏移量。BFM#22的低8位用于1～4號(hào)通道的偏移量和增益調(diào)節(jié)，BFM#22為3時(shí)允許調(diào)節(jié)1號(hào)通道的增益和偏移量。

下例中將FX2N-4AD的1號(hào)通道（CH1）的偏移量設(shè)為0V，增益設(shè)為2.5V。FX2N-4AD的模塊編號(hào)為0號(hào)。第五頁(yè)，共37頁(yè)。LD X10 SET M0 //調(diào)節(jié)開(kāi)始LD M0TOP K0 K0 H0 K1//設(shè)置各通道的量程為–10V～+10VTOP K0 K21 K1 K1//1→BFM#21，允許調(diào)節(jié)增益和偏移量TOP K0 K22 K0 K1//0→BFM#22，復(fù)位調(diào)節(jié)位OUT T0 K4 //延時(shí)0.4sLD T0TOP K0 K23 K0 K1//0→BFM#23，令偏移量為0TOP K0 K24 K2500 K1//2500→BFM#24，令增益為2.5VTOP K0 K22 H3 K1//3→BFM#22，調(diào)節(jié)通道1OUT T1 K4 //延時(shí)0.4sLD T1RST M0 //調(diào)節(jié)結(jié)束TOP K0 K21 K2 K1//2→BFM#21，禁止調(diào)節(jié)增益和偏移量FX3G、FX3U、FX3UC的模擬量模塊的使用方法見(jiàn)手冊(cè)《FX3G、FX3U、FX3UCPLC用戶(hù)手冊(cè)模擬量控制篇》。第六頁(yè)，共37頁(yè)。【例7-2】某溫度變送器的輸入信號(hào)范圍為?100℃～500℃，輸出信號(hào)為4～20mA，F(xiàn)X2N-2AD將4～20mA的電流轉(zhuǎn)換為0～4000的數(shù)字量，設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，求以0.1℃為單位的溫度值。溫度值?1000～5000（單位為0.1℃）對(duì)應(yīng)于數(shù)字量0～4000，根據(jù)圖7-3中有關(guān)線段的比例關(guān)系得5．將模擬量輸入值轉(zhuǎn)換為物理量

【例7-1】量程為0～3.5MPa的壓力傳感器的輸出信號(hào)為4～20mA，設(shè)置FX2N-4AD的量程為4～20mA，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為0～1000，設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，求以kPa為單位的壓力值。

解：因?yàn)?～3500kPa對(duì)應(yīng)于數(shù)字量0～1000，轉(zhuǎn)換公式為P=3500

N/1000（kPa）。第七頁(yè)，共37頁(yè)。7.1.3模擬量輸出模塊的應(yīng)用1．模擬量輸出模塊的接線FX2N-2DA輸出電壓時(shí)，負(fù)載的一端接在“VOUT”端，另一端接在短接后的“IOUT”和“COM”端。電流型負(fù)載接在“IOUT”和“COM”端子上。2．模擬量輸出模塊的調(diào)節(jié)

建議FX2N-2DA輸入的數(shù)字量0～4000對(duì)應(yīng)于模擬量輸出的滿量程（例如0～10V或4～20mA）?？梢匀∫粋€(gè)比較小的值來(lái)代替量程的下限值，例如在輸出量程為0～10V時(shí)，可以取數(shù)字量為40，輸出電壓100mV作為低端的調(diào)節(jié)點(diǎn)。第八頁(yè)，共37頁(yè)。3．模擬量輸出模塊的編程FX2N-2DA模塊只用了下面兩個(gè)緩沖存儲(chǔ)器（BFM）：1）BFM#16的低8位（b7～b0）用于寫(xiě)入輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，高8位保留。2）在BFM#17的b0、b1位的下降沿時(shí)，通道2、通道1的D-A轉(zhuǎn)換開(kāi)始；在b2位的下降沿時(shí)，D-A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)被鎖存。

假設(shè)FX2N-2DA模塊為1號(hào)模塊，要寫(xiě)入通道1的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)寄存器D10中。X0變?yōu)镺N時(shí)，起動(dòng)通道1的D-A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換程序如下：LD X0 MOV D10 K4M10 //將D10中的數(shù)字量傳送到M10～M25TOP K1 K16 K2M10 K1//將D10的低8位寫(xiě)入BFM#16TOP K1 K17 H0004 K1//將BFM#17的b2位置1TOP K1 K17 H0000 K1//BFM#17的b2位下降沿鎖存低8位數(shù)據(jù)TOP K1 K16 K1M18 K1//寫(xiě)入高4位數(shù)據(jù)（M18～M21）TOP K1 K17 H0002 K1//將BFM#17的b1位置1 TOP K1 K17 H0000 K1//在b1位的下降沿，啟動(dòng)通道1的轉(zhuǎn)換第九頁(yè)，共37頁(yè)。7.2PID閉環(huán)控制系統(tǒng)與PID指令7.2.1模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)1．模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)

被控量c(t)被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電流、電壓信號(hào)pv(t)，模擬量輸入模塊中的A-D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換為多位二進(jìn)制數(shù)過(guò)程變量PVn。SVn為設(shè)定值，誤差EVn=

SVn

PVn。模擬量輸出模塊的D-A轉(zhuǎn)換器將PID控制器的數(shù)字量輸出值MVn轉(zhuǎn)換為模擬量mv(t)，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PID程序的執(zhí)行是周期性的操作，其間隔時(shí)間稱(chēng)為采樣周期TS。

加熱爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)舉例。第十頁(yè)，共37頁(yè)。2．閉環(huán)控制的工作原理

閉環(huán)負(fù)反饋控制可以使測(cè)量值PVn等于或跟隨設(shè)定值SVn。假設(shè)實(shí)際溫度值c(t)低于給定的溫度值，誤差EVn為正，mv(t)將增大，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）的開(kāi)度增大，進(jìn)入加熱爐的天然氣流量增加，加熱爐的溫度升高，最終使實(shí)際溫度接近或等于設(shè)定值。3．閉環(huán)控制反饋極性的確定

閉環(huán)控制必須保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，如果系統(tǒng)接成了正反饋，將會(huì)失控。

調(diào)試時(shí)斷開(kāi)模擬量輸出模塊與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的連線，在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行PID控制程序。如果控制器有積分環(huán)節(jié)，因?yàn)榉答伇粩嚅_(kāi)，模擬量輸出模塊的輸出會(huì)向一個(gè)方向變化。這時(shí)如果假設(shè)接上執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能減小誤差，則為負(fù)反饋，反之為正反饋。4．閉環(huán)控制帶來(lái)的問(wèn)題

以洗澡水溫度的人工調(diào)節(jié)為例，由于閉環(huán)中的滯后因素，PID控制器的參數(shù)整定得不好時(shí)，階躍響應(yīng)曲線將會(huì)產(chǎn)生很大的超調(diào)量，系統(tǒng)甚至?xí)环€(wěn)定。7.2.2PID控制器與PID指令1．PID控制器的輸入輸出關(guān)系式第十一頁(yè)，共37頁(yè)。圖7-8是模擬量控制系統(tǒng)，sv(t)是設(shè)定值，pv(t)為測(cè)量值，c(t)為被控量，PID控制器的輸入輸出關(guān)系式為誤差信號(hào)ev(t)=sv(t)–pv(t)，mv(t)是PID控制器的輸出值，Kp是比例增益，TI和TD分別是積分時(shí)間和微分時(shí)間。mv(t)右邊的前3項(xiàng)分別是它的比例部分、積分部分和微分部分?？梢赃x用P、PD或PI控制器。2．改進(jìn)的PID控制算法圖7-9的SVn等下標(biāo)中的n表示是第n次采樣時(shí)的數(shù)字量。PID指令執(zhí)行的周期稱(chēng)為采樣周期TS。第十二頁(yè)，共37頁(yè)。

（1）一階慣性數(shù)字濾波

模擬量反饋信號(hào)pv(t)采樣后用一階慣性數(shù)字濾波器來(lái)濾除干擾噪聲，Tf是濾波器的時(shí)間常數(shù)。輸入濾波常數(shù)=Tf/（Tf+TS），TS為采樣周期。（0～1）越大濾波效果越好；過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)遲緩。

（2）不完全微分PID

微分容易引入高頻干擾。為此在微分部分增加了一階慣性濾波。下式是不完全微分PID的傳遞函數(shù)，微分增益KD是不完全微分的濾波時(shí)間常數(shù)與微分時(shí)間TD的比值。第十三頁(yè)，共37頁(yè)。

（3）反饋量微分PID

設(shè)定值SVn的突變將會(huì)使誤差EVn和PID的輸出量MVn突變，為了消除給定值突變的影響，只對(duì)反饋量PVnf微分。不考慮給定值的變化（即令SVn為常數(shù)），有3．PID指令

圖7-10中模擬量反饋信號(hào)pv(t)被模擬量輸入模塊FX2N-4AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量PV，經(jīng)濾波和PID運(yùn)算后，將PID控制器的輸出量MV送給模擬量輸出模塊FX2N-4DA，后者輸出的模擬量mv(t)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PID回路運(yùn)算指令的(S1)和(S2)分別用來(lái)存放給定值SV和本次采樣的測(cè)量值（即反饋值）PV，PID指令占用起始軟元件號(hào)為(S3)的連續(xù)的25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。第十四頁(yè)，共37頁(yè)。PID輸出值MV用目標(biāo)操作數(shù)(D)存放。

在開(kāi)始執(zhí)行PID指令之前，應(yīng)將各參數(shù)和設(shè)定值預(yù)先寫(xiě)入指令指定的數(shù)據(jù)寄存器（見(jiàn)表7-3）。在執(zhí)行PID指令之前應(yīng)使用MOVP指令將(S3)+7清零。4．正動(dòng)作與反動(dòng)作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，PID輸出值控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出增加使被控量增大的是正動(dòng)作（例如加熱爐）；使被控量減小的是反動(dòng)作（例如空調(diào)的壓縮機(jī)）。用PID指令的參數(shù)ACT的第0位來(lái)設(shè)置采用正動(dòng)作或反動(dòng)作。第十五頁(yè)，共37頁(yè)。7.3PID控制器參數(shù)整定方法7.3.1PID參數(shù)的物理意義1．閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

系統(tǒng)進(jìn)入并停留在穩(wěn)態(tài)值c(∞)上下±5%（或2％）的誤差帶內(nèi)的時(shí)間tS稱(chēng)為調(diào)節(jié)時(shí)間。

被控量c(t)從0上升，第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值c(∞)的時(shí)間稱(chēng)為上升時(shí)間tr。

穩(wěn)態(tài)誤差是指響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，輸出量的期望值與實(shí)際值之差。2．對(duì)比例控制作用的理解PID控制器輸出中的比例部分與誤差成正比，增益太小，調(diào)節(jié)的力度不夠，使調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。增益過(guò)大，調(diào)節(jié)力度太強(qiáng)，造成調(diào)節(jié)過(guò)頭，使被控量來(lái)回震蕩，超調(diào)量過(guò)大。如果閉環(huán)系統(tǒng)沒(méi)有積分作用，單純的比例控制的穩(wěn)態(tài)誤差與增益成反比，很難兼顧動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能。第十六頁(yè)，共37頁(yè)。3．對(duì)積分控制作用的理解

積分對(duì)應(yīng)于圖7-15中誤差曲線ev(t)與坐標(biāo)軸包圍的面積（圖中的灰色部分）。一般用圖7-15中的矩形面積之和來(lái)近似精確積分。積分控制根據(jù)當(dāng)時(shí)的誤差值，每個(gè)采樣周期都要微調(diào)PID的輸出。只要誤差不為零，控制器的輸出就會(huì)因?yàn)榉e分作用而不斷變化。積分部分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。積分有滯后特性，積分作用太強(qiáng)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變差，超調(diào)量增大。積分作用太弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度太慢。第十七頁(yè)，共37頁(yè)。4．對(duì)微分控制作用的理解

在誤差曲線ev(t)上作一條切線，該切線與

x軸正方向的夾角

α的正切值tgα即為該點(diǎn)處誤差的一階導(dǎo)數(shù)de(t)/dt。微分項(xiàng)與誤差的變化速率成正比，微分部分反映了被控量變化的趨勢(shì)。

在圖7-18中啟動(dòng)過(guò)程的上升階段，被控量尚未超過(guò)其穩(wěn)態(tài)值，超調(diào)還沒(méi)有出現(xiàn)。但是因?yàn)楸豢亓坎粩嘣龃?，誤差e(t)不斷減小，控制器輸出量的微分分量為負(fù)，使控制器的輸出量減小，相當(dāng)于減小了溫度控制系統(tǒng)加熱的功率，提前給出了制動(dòng)作用，以阻止溫度上升過(guò)快。因此微分具有超前和預(yù)測(cè)的作用，適當(dāng)?shù)奈⒎挚刂谱饔每梢詼p小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用太強(qiáng)（TD太大），將會(huì)使響應(yīng)曲線變化遲緩。第十八頁(yè)，共37頁(yè)。第十九頁(yè)，共37頁(yè)。7.3.2PID參數(shù)的整定方法1．PID參數(shù)的整定方法1）為了減少需要整定的參數(shù)，首先可以采用PI控制器。給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍給定信號(hào)，觀察系統(tǒng)輸出量的波形。由PV的波形可以獲得系統(tǒng)性能的信息，例如超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。2）如果階躍響應(yīng)的超調(diào)量太大，經(jīng)過(guò)多次振蕩才能進(jìn)入穩(wěn)態(tài)或者根本不穩(wěn)定，應(yīng)減小控制器的增益Kp或增大積分時(shí)間TI。

3)如果階躍響應(yīng)沒(méi)有超調(diào)量，但是被控量上升過(guò)于緩慢，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間太長(zhǎng)，應(yīng)按相反的方向調(diào)整上述參數(shù)。4）如果消除誤差的速度較慢，應(yīng)適當(dāng)減小積分時(shí)間，增強(qiáng)積分作用。5）反復(fù)調(diào)節(jié)增益和積分時(shí)間，如果超調(diào)量仍然較大，可以加入微分作用，即采用PID控制。微分時(shí)間TD從0逐漸增大，反復(fù)調(diào)節(jié)Kp、TI和TD，直到滿足要求。需要注意的是在調(diào)節(jié)增益Kp時(shí)，同時(shí)會(huì)影響到積分分量和微分分量的值，而不是僅僅影響到比例分量。第二十頁(yè)，共37頁(yè)。6）如果響應(yīng)曲線第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的上升時(shí)間較長(zhǎng)（上升緩慢），可以適當(dāng)增大增益KP。如果因此使超調(diào)量增大，可以通過(guò)增大積分時(shí)間和調(diào)節(jié)微分時(shí)間來(lái)補(bǔ)償。

2．采樣周期的確定確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證在被控量迅速變化的區(qū)段，有足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)過(guò)稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。3．怎樣確定PID控制器的初始參數(shù)

為了保證系統(tǒng)的安全，避免在首次投入運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定或超調(diào)量過(guò)大的異常情況，在第一次試運(yùn)行時(shí)增益不要太大，積分時(shí)間不要太小，以保證不會(huì)出現(xiàn)較大的超調(diào)量。試運(yùn)行后根據(jù)響應(yīng)曲線的特征和調(diào)整PID控制器參數(shù)的規(guī)則，來(lái)修改控制器的參數(shù)。7.3.3PID參數(shù)整定的實(shí)驗(yàn)

為了學(xué)習(xí)整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行PID程序沒(méi)有任何意義。

全部用硬件來(lái)組成閉環(huán)需要的設(shè)備較多，可以用以運(yùn)算放大器為核心的模擬電路來(lái)代替現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象。第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。3．純軟件閉環(huán)PID實(shí)驗(yàn)

西門(mén)子的S7-300/400PLC的功能塊FB41是PID控制的子程序，S7-300/400的仿真軟件PLCSIM可以對(duì)FB41仿真。此外西門(mén)子還提供了一個(gè)用來(lái)模擬被控對(duì)象、檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能塊FB100。用FB41和FB100可以組成虛擬的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)對(duì)PID控制系統(tǒng)仿真。

作者編寫(xiě)的《跟我動(dòng)手學(xué)S7-300/400PLC》和《S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)》第3版詳細(xì)介紹了純軟件閉環(huán)PID仿真程序的設(shè)計(jì)方法和做仿真實(shí)驗(yàn)的方法。這兩本書(shū)的隨書(shū)光盤(pán)提供了PID閉環(huán)控制仿真程序和仿真所需的全部軟件。4．S7-300/400PID閉環(huán)控制仿真結(jié)果介紹圖7-20第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。

圖7-20的PV曲線超調(diào)量過(guò)大，將積分時(shí)間由2s改為4s，新參數(shù)下載到仿真PLC后，圖7-21中響應(yīng)曲線的超調(diào)量和震蕩次數(shù)明顯減小。

圖7-20和圖7-22的P、I參數(shù)相同，微分時(shí)間由0.8s增大為2s。適當(dāng)增大微分時(shí)間后，圖7-22中響應(yīng)曲線的超調(diào)量和震蕩次數(shù)明顯減小。第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。

圖7-22和圖7-23的P、D參數(shù)相同，積分分時(shí)間由2s增大為8s。增大積分時(shí)間后，圖7-23中響應(yīng)曲線的超調(diào)量進(jìn)一步減小，但是上升時(shí)間增大。

圖7-21和圖7-24的P、I參數(shù)相同，微分時(shí)間由0.8s增大為4s。因?yàn)槲⒎肿饔眠^(guò)強(qiáng)，曲線大的趨勢(shì)變得遲緩，在誤差劇烈變化時(shí)，曲線上出現(xiàn)了“毛刺”。第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。

圖7-25和圖7-26的微分時(shí)間均為0（PI控制），積分時(shí)間均為8s。比例增益分別為2.0和1.0，減小比例增益后，同時(shí)減弱了比例作用和積分作用。可以看出，減小比例增益能顯著降低超調(diào)量。但是付出的代價(jià)是上升時(shí)間tr增大。第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。第8章PLC應(yīng)用中的一些問(wèn)題8.1PLC控制系統(tǒng)的可靠性措施

8.1.1硬件可靠性措施1．電源的抗干擾措施

干擾較強(qiáng)時(shí)，可以在PLC的電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器，或使用抗干擾電源和凈化電源產(chǎn)品。

2．布線的抗干擾措施

長(zhǎng)距離數(shù)字量信號(hào)、模擬量信號(hào)、高速信號(hào)（例如旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的信號(hào)）和通信應(yīng)使用屏蔽電纜。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線。不同類(lèi)型的導(dǎo)線應(yīng)分別裝入不同的電纜管或電纜槽中。I/O線與電源線應(yīng)分開(kāi)走線，交流信號(hào)與直流信號(hào)、數(shù)字量與模擬量I/O線應(yīng)分開(kāi)敷設(shè)。一般情況下屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)兩端接金屬機(jī)殼。

信號(hào)線應(yīng)和它的返回線絞合在一起，模擬量信號(hào)線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線。不要把不同的模擬量信號(hào)置于同一個(gè)公共返回線。

應(yīng)確保需要用通信電纜連接的所有設(shè)備共享一個(gè)共同的參考點(diǎn)，或者進(jìn)行隔離，以防止不必要的電流造成通信故障或損壞設(shè)備。

第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。

遠(yuǎn)程傳送的模擬量信號(hào)應(yīng)采用4～20mA的電流傳輸方式。干擾較強(qiáng)的環(huán)境應(yīng)選用有光隔離的模擬量I/O模塊。

3．PLC的接地

控制設(shè)備有兩種地：1）安全保護(hù)地（或稱(chēng)電磁兼容性地），電動(dòng)機(jī)的外殼和控制屏的金屬屏體應(yīng)連接到安全保護(hù)地。2）信號(hào)地（或稱(chēng)控制地、儀表地）是電子設(shè)備的電位參考點(diǎn)，例如PLC輸入回路電源的負(fù)極應(yīng)接到信號(hào)地。

控制系統(tǒng)中所有的控制設(shè)備需要接信號(hào)地的端子應(yīng)保證一點(diǎn)接地。如果將各控制屏或設(shè)備的信號(hào)地就近連接到當(dāng)?shù)氐陌踩Ｗo(hù)地網(wǎng)絡(luò)上，燒電焊可能燒毀設(shè)備的通信接口或通信模塊。4．防止變頻器干擾的措施

變頻器已經(jīng)成為PLC最常見(jiàn)的干擾源。變頻器的輸入、輸出電流含有豐富的高次諧波，它通過(guò)電力線干擾其他設(shè)備?？梢栽谧冾l器輸入側(cè)與輸出側(cè)串接電抗器，或安裝諧波濾波器（見(jiàn)圖8-1），以吸收諧波，抑制高頻諧波電流。PLC的信號(hào)線和變頻器的輸出線應(yīng)分別穿管敷設(shè)，變頻器的輸出線一定要使用屏蔽電纜或穿鋼管敷設(shè)。變頻器應(yīng)使用專(zhuān)用接地線，且用粗短線接地。第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。5．強(qiáng)烈干擾環(huán)境中的隔離措施

強(qiáng)烈的干擾可能使PLC輸入端的光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，使PLC產(chǎn)生誤動(dòng)作?？梢杂眯⌒屠^電器來(lái)隔離用長(zhǎng)線引入PLC的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。長(zhǎng)距離的串行通信信號(hào)可以用光纖來(lái)傳輸和隔離，或使用帶光耦合器的通信接口。6．PLC輸出的可靠性措施

負(fù)載要求的輸出功率超過(guò)PLC的允許值或負(fù)載電壓為DC220V時(shí)，應(yīng)設(shè)置外部繼電器。第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。7．感性負(fù)載的處理PLC內(nèi)控制感性負(fù)載的觸點(diǎn)或電子元件斷開(kāi)時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生高于電源電壓數(shù)倍甚至數(shù)十倍的反電勢(shì)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。PLC的輸出端接有感性元件時(shí)，直流電路可以在負(fù)載兩端并聯(lián)型號(hào)為IN4001的續(xù)流二極管，要求提高關(guān)斷速度時(shí)，可以串接一個(gè)穩(wěn)壓管。交流電路應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)阻容電路，要求較高時(shí)，可以在負(fù)載兩端并聯(lián)壓敏電阻。8.1.2故障的檢測(cè)與診斷的編程

實(shí)踐表明，PLC外部的輸入元件與輸出元件的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC本身的故障率，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和保護(hù)系統(tǒng)，可以用梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自動(dòng)處理。第二十九頁(yè)，共37頁(yè)。1．邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)

某龍門(mén)刨床在前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)如果碰到“前進(jìn)減速”行程開(kāi)關(guān)X4，將進(jìn)入步M2，工作臺(tái)減速前進(jìn)。碰到“前進(jìn)換向”行程開(kāi)關(guān)X2，將進(jìn)入再下一步。

在前進(jìn)步M1，如果沒(méi)有碰到前進(jìn)減速行程開(kāi)關(guān)，就碰到了前進(jìn)換向行程開(kāi)關(guān)，說(shuō)明前進(jìn)減速行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了故障。這時(shí)轉(zhuǎn)換條件

滿足，將從步M1轉(zhuǎn)換到步M6，工作臺(tái)停止運(yùn)行，并用觸摸屏顯示“前進(jìn)減速行程開(kāi)關(guān)故障”。操作人員按下故障復(fù)位按鈕X7后，故障信息被清除，系統(tǒng)返回初始步。2．超時(shí)檢測(cè)

機(jī)械設(shè)備在各工步的動(dòng)作所需的時(shí)間一般是固定的或變化不大。在圖8-3中的減速前進(jìn)步M2，用定時(shí)器T1監(jiān)視步M2的運(yùn)行情況，T1的設(shè)定值比減速前進(jìn)步正常運(yùn)行的時(shí)間略長(zhǎng)，正常運(yùn)行時(shí)T1不會(huì)動(dòng)作。如果前進(jìn)換向行程開(kāi)關(guān)X2出現(xiàn)故障，在T1設(shè)置的時(shí)間到時(shí)，T1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，系統(tǒng)由步M2轉(zhuǎn)換到步M7，工作臺(tái)停止運(yùn)行，觸摸屏顯示“前進(jìn)換向行程開(kāi)關(guān)故障”。第三十頁(yè)，共37頁(yè)。8.2PLC在變頻器控制中的應(yīng)用8.2.1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向的控制

控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：1．用PLC的模擬量輸出模塊提供頻率給定信號(hào)

硬件接線簡(jiǎn)單，模擬量輸出模塊價(jià)格較高。2．用PLC的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)有級(jí)調(diào)節(jié)頻率

接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，可以滿足大多數(shù)系統(tǒng)的要求。3．用串行通信提供頻率給定信號(hào)

通過(guò)通信，還可以傳送大量的參數(shù)設(shè)置信息和狀態(tài)信息。第三十一頁(yè)，共37頁(yè)。4．PLC控制變頻器的例子

按下“接通電源”按鈕SB1，X0變?yōu)镺N，Y10被置位，KM接通變頻器的電源。按下“斷開(kāi)電源”按鈕SB2，X1變?yōu)镺N，如果X2、X3均為OFF，變頻器未運(yùn)行，則Y10被復(fù)位，變頻器電源被切斷。第三十二頁(yè)，共37頁(yè)。

變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，X4為ON，亦使變頻器的電源斷電。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，X2或X3的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，以防止在