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在PLC中模擬量值如何轉(zhuǎn)換

    (1)模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換是成線性關(guān)系的。假設(shè)模擬量的標準電信號是A0～Am（如4～20mA），A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值為D0～Dm（如6 400～32 000），設(shè)模擬量的標準電信號是A，A/D轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系A=f(D)可以表示為數(shù)學(xué)方程：

    A=(D-D0)×(Am-A0)/(Dm-D0)+A0

    根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)D值計算出A值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系D=f(A)可以表示為數(shù)學(xué)方程：

    D=(A-A0)×(Dm-D0)/(Am-A0)+D0

    (2)具體舉一個實例，以S7-200和4～20mA為例，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，得到的數(shù)值是6 400～32 000，即A0=4，Am=20，D0=6 400，Dm=32 000，代入公式，得出：

    A=(D-6400)×(20-4)/(32000-6400)+4

    假設(shè)該模擬量與AIW0對應(yīng)，則當AIW0的值為12800時，相應(yīng)的模擬電信號是6400×16/25600+4=8mA。

  (1) PLC要有足夠的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。如OMRON PLC的DM、EM區(qū)，西門子PLC的V區(qū)或數(shù)據(jù)塊(DB)，三菱PLC的數(shù)據(jù)存儲器(D)。沒有足夠大的存儲區(qū)，用PLC進行大量數(shù)據(jù)的存儲是不可能的。

    (2)內(nèi)存卡，它是可移動的存儲介質(zhì)，存儲量更大。由于可移動，有多少卡就可以存儲多少數(shù)據(jù)，所以，也可說它是“海量”存儲。

    (3)數(shù)據(jù)采集總是與時間相聯(lián)系的。總是要記錄采集當時的具體日期、時刻，做其他處理時不少也要用到時間。所以，PLC要用做數(shù)據(jù)終端，一般要有實時時鐘。

    (4)要有相關(guān)的數(shù)據(jù)處理指令，并且PLC還應(yīng)有相應(yīng)的聯(lián)網(wǎng)能力。這也是作為數(shù)據(jù)終端*的條件。

(1)脈沖量開環(huán)控制的含義是控制輸出的后果無須反饋。因為這里用了像步進電動機或伺服電動機這樣的脈沖量到位移之間的轉(zhuǎn)換裝置，一般講，是不會丟失脈沖的，因而是可保證控制精度的。也因此，它在運動控制中使用得很多。

    (2)常用的脈沖量開環(huán)控制有兩種：一種是程序控制，另一種是比例控制。

    ①程序控制是指一旦控制命令啟動，將按預(yù)定程序進行控制，使運動部件按要求的速度、加速度控制或軌跡運動，直到控制任務(wù)完成。

    ②比例控制是指由一個脈沖輸出（控制量）跟蹤另一個輸入量變化，也稱隨動控制或同步運動。一般也是用在運動系統(tǒng)的控制上。

    (3)開環(huán)控制大的優(yōu)點是簡單、響應(yīng)速度快，沒有系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。開環(huán)控制用于定位與運動控制，有單軸的、雙軸的、多軸的，小型機多用單軸或雙軸控制。

 電壓型的模擬量信號，由于輸入端的內(nèi)阻很高（S7-200的模擬量模塊為10MΩ），極易引入干擾，所以討論電壓信號的傳輸距離沒有什么意義。一般電壓信號用在控制設(shè)備柜內(nèi)電位器設(shè)置，或者距離非常近、電磁環(huán)境好的場合。

    電流型信號不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場獲得廣泛的應(yīng)用。

    電流信號可以傳輸比電壓信號遠得多的距離。理論上，電流信號的傳輸距離受到以下幾個因素的制約：

    (1)信號輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示（如700Ω）；

    (2)信號輸入端的內(nèi)阻；

    (3)傳輸線的靜態(tài)電阻值（來回是雙線）。    信號輸出端的負載能力必須大于信號輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。當然，實際情況不會*符合理想的計算結(jié)果，傳輸距離過長會造成信號衰減，也會引入干擾。

    模擬量輸入模塊有兩個參數(shù)容易混淆：

    (1)模擬量轉(zhuǎn)換的分辨率；

    (2)模擬量轉(zhuǎn)換的精度（誤差）。

    分辨率是A/D模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度，即用多少位的數(shù)值來表示模擬量。S7-200模擬量模塊的轉(zhuǎn)換分辨率是12位，能夠反映模擬量變化的小單位是滿量程的1/4096。

    模擬量轉(zhuǎn)換的精度除了取決于A/D轉(zhuǎn)換的分辨率，還受到轉(zhuǎn)換芯片外圍電路的影響。在實際應(yīng)用中，輸入的模擬量信號會有波動、噪聲和十擾，內(nèi)部模擬電路也會產(chǎn)生噪聲、漂移，這些都會對轉(zhuǎn)換的后精度造成影響。這些因素造成的誤差要大于A/D芯片的轉(zhuǎn)換誤差。

    PID參數(shù)的整定，多是憑經(jīng)驗、在現(xiàn)場調(diào)試中具體確定。一般是先取一組數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)投運，然后對系統(tǒng)人為加一定擾動，如改變設(shè)定值，再觀察調(diào)節(jié)量的變化過程。若得不到滿意的性能，則重選一組數(shù)據(jù)。反復(fù)調(diào)試，直到滿意為止。

    具體步驟如下。

    (1)選定合適的采樣周期T。

    對流量控制系統(tǒng)，一般為1～5s，優(yōu)先選用1～2s；

    對壓力控制系統(tǒng)，一般為3～10s，優(yōu)先選用6～8s；

    對液位控制系統(tǒng)，一般為6～8s；

    對溫度控制系統(tǒng)，一般為10～20s；

    對成分控制系統(tǒng)，一般為15～20s。

    當然，以上這些數(shù)據(jù)僅僅是參考數(shù)。從實際經(jīng)驗看，T盡可能選得小些。T小，并把積分作用適當減弱，可做到既加快調(diào)解過程，又避免由系統(tǒng)離散原因引起的超調(diào)。

    (2)選定合適的比例帶。

    (3)選定合適的積分常數(shù)Ti。

    (4)再定合適的比例帶。

    (5)選定合適的微分參數(shù)Td。

(1)參數(shù)M，偏差為零時的控制值，即系統(tǒng)平衡時所要求的控制輸出?？梢杂上到y(tǒng)靜態(tài)特性確定。

    (2)參數(shù)T，采樣周期，即計算式中的時間間隔。此值太大，積分作用減弱；太小，則增加計算工作量，影響控制的即時性。為了不失真，依采樣定理要求，它的倒數(shù)，即采樣頻率一般應(yīng)火于或等于系統(tǒng)大頻率的兩倍。困難的是這個系統(tǒng)的大頻率也不好確定。在無法確定系統(tǒng)大頻率的情況下，應(yīng)盡可能取得小些。

    (3)參數(shù)Td，微分常數(shù)，此值大，將增強微分作用；小，微分作用弱。微分作用加入，使得偏差剛產(chǎn)生或增大時，增強控制作用，可加速縮小偏差；而偏差減小時，將減弱控制作用，可防止超調(diào)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分作用太強，不利于噪聲干擾的抑制，也會引起相應(yīng)的振蕩。

    (4)參數(shù)K，比例作用，也即整個控制作用的放大倍數(shù)。此值太大，將增強偏差的控制作用，減少控制誤差，但有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩；太小，穩(wěn)定性好，但控制作用弱，減少控制誤差的時間將加長。比例作用，有的用比例帶（或比例度）d表示，d與放火系數(shù)K的關(guān)系為倒數(shù)關(guān)系。

(1)參數(shù)M，偏差為零時的控制值，即系統(tǒng)平衡時所要求的控制輸出?？梢杂上到y(tǒng)靜態(tài)特性確定。

    (2)參數(shù)T，采樣周期，即計算式中的時間間隔。此值太大，積分作用減弱；太小，則增加計算工作量，影響控制的即時性。為了不失真，依采樣定理要求，它的倒數(shù)，即采樣頻率一般應(yīng)火于或等于系統(tǒng)大頻率的兩倍。困難的是這個系統(tǒng)的大頻率也不好確定。在無法確定系統(tǒng)大頻率的情況下，應(yīng)盡可能取得小些。

    (3)參數(shù)Td，微分常數(shù)，此值大，將增強微分作用；小，微分作用弱。微分作用加入，使得偏差剛產(chǎn)生或增大時，增強控制作用，可加速縮小偏差；而偏差減小時，將減弱控制作用，可防止超調(diào)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分作用太強，不利于噪聲干擾的抑制，也會引起相應(yīng)的振蕩。

    (4)參數(shù)K，比例作用，也即整個控制作用的放大倍數(shù)。此值太大，將增強偏差的控制作用，減少控制誤差，但有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩；太小，穩(wěn)定性好，但控制作用弱，減少控制誤差的時間將加長。比例作用，有的用比例帶（或比例度）d表示，d與放火系數(shù)K的關(guān)系為倒數(shù)關(guān)系。

  閉環(huán)控制是指系統(tǒng)根據(jù)輸出變化的信息，通過與期望值之間的比較后得到偏差，反饋給輸入端控制調(diào)整輸入量，使輸出自動向期望值靠近。在外部看來，閉環(huán)控制的輸出不論外部如何變化，輸出的值都自動向期望值方向調(diào)整。一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負反饋控制。自動控制通常是閉環(huán)控制。

    計數(shù)器是用來累計輸入脈沖次數(shù)的。它是應(yīng)用非常廣泛的編程元件，經(jīng)常用來對產(chǎn)品進行計數(shù)或進行特定功能的編程。使用時要提前輸入它的設(shè)定值（計數(shù)范圍）。當計數(shù)觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器開始累計它的輸入端脈沖的上升沿（正跳變）的次數(shù)。當計數(shù)器計數(shù)達到預(yù)定的設(shè)定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。

    1)增計數(shù)器指令(CTU)

    增計數(shù)器指令如圖6-22所示，使該計數(shù)器在每一個CU輸入的上升沿(從OFF到ON)遞增計數(shù)，直至計數(shù)大值。當當前計數(shù)值(Cxxx)大于或等于預(yù)置計數(shù)值(PV)時，該計數(shù)器位被置位，當復(fù)位輸入(R)置位時計數(shù)器被復(fù)位。

    2)增/減計數(shù)器指令(CTUD)

    增/減計數(shù)器指令如圖6-23所示，使該計數(shù)器在每一個CU輸入的上升沿遞增計數(shù)，在每一個CD輸入的上升沿遞減計數(shù)。當當前值(Cxxx)大于或等于預(yù)置計數(shù)值(PV)時，該計數(shù)器位被置位，當復(fù)位輸入(R)置位時計數(shù)器被復(fù)位。

    圖6-22    增計數(shù)器指令

    圖6-23    增/減計數(shù)器指令

    3)減增計數(shù)器指令(CTD)

    減增計數(shù)器指令如圖6-24所示，使該計數(shù)器在每一個CD輸入的上升沿（從OFF到ON)從預(yù)設(shè)值開始遞減計數(shù)，當當前計數(shù)值(Cxxx)等于零時該計數(shù)器位被置位，當復(fù)位輸入(R)置位時計數(shù)器把預(yù)設(shè)值(PV)裝入當前值(CV)，當計數(shù)值達到零時停止計數(shù)。

    圖6-24    減增計數(shù)器指令

    計數(shù)器范圍Cxxx=C0～C255。增計數(shù)器指令在語句表(STL)中，棧頂*個值是CTU復(fù)位輸入，第二個值是CU輸入。

    增/減計數(shù)器指令在語句表( STL)中，棧頂*個值是復(fù)位輸入，第二個值是CD輸入，第三個值是CU輸入。

    減增計數(shù)器指令在語句表( STL)中，棧頂*個值是CTD裝載輸入，第二個值是CD輸入。

    計數(shù)器范圍與對應(yīng)的輸入/輸出數(shù)據(jù)如表6-8所示。

    表6-8    計數(shù)器范圍與對應(yīng)的輸入/輸出數(shù)據(jù)

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