模拟量模块的应用实例
软件规划：
• • • • • • • 采用多子程序结构 各程序段功能： ◎主程序：系统主控，规划各子程序关联。 ◎子程序0：初始化。 ◎子程序1：模块联接及电源查验。 ◎子程序2：输入采样值读取及处理。 ◎子程序3：处理后数据输出。
主 程 序
Q1．0=0模块正常 Q1．1=0电源正常
一.PID的控制算式 1. 理想的PID控制算式
在典型的PID回路控制系统中。若PV为控制变量， SP是设定值，则调节器的偏差信号为e=SP-PV。理 c [e+
de edt + D ]+ initial 10 dt
1
t
式中：KC — 比例系数，PID 回路的增益，用来描述 PID 回路的比例调节 作用 . initial TI —积分时间，他决定了积分作用的强弱； TD —微分时间，他决定了微分作用的强弱； — e=0时的阀位开度，PID回路输出的初始值； M(t)— PID回路的输出时间的函数，它决定了执行器的具体位置； e — PID回路的偏差。
输出技术规范 隔离（现场到逻辑） 信号范围 电压输出 电流输出 无 ±10V 0至20mA
输入滤波衰减
分辨率 隔离 输入类型 输入范围 电压单极性
-3db，3。1Khz
12位A/D转换器 否 差分 0至10V，0至5V 0至1V，0至500mV 0至100mV，0至50mV ±10V，±5V，±2。 5V ±1V，±500mV， ±250mV ±100mV，±50mV， ±25mV， 0至20mA
分辨率 满量程 电压 电流 数据字格式 电压 电流
12位 11位 -32000至 +32000 0至+32000
四 入 一 出 模 拟 量 单 元
EM235
电压双极性
电流
精度 最差情况， 0℃至55℃ 电压输出 电流输出 典型，25℃ 电压输出 电流输出
±2%满量程 ±2%满量程 ±5%满量程 ±5%满量程
子程序0：初始化。
VW0：采样次数计数器 VW2：采样预置值 VD10：当前采样值
VD14：采样和
VD18：平均值
子程序1：模块联接及电源查验
SMB8：0号模块识别寄存器 SMB8=19模块不存在。 SMB9：0号模块错误寄存器 SMB9=4电源错误。
子 程 序 2
128个采样和在二个 字节中存不下，采用 加零及加1的方式将 采样值存储单元扩大 为双字
• 模拟量单元与基本单元配合工作,为基本单元的功能扩展 单元.模拟量输入将输入模拟量变成数字量送入PLC专用 存储单元,模拟量输出单元将PLC中专用单元中的数字量 变换为模拟量送给执行器件.
型号
EM231 EM232 EM235
功能
4模拟量输入单元 2模拟量输出单元 4模拟量输入1模拟量输出
输入技术规范 最大输入电压 最大输入电流 30VDC 32mA
技 术 规 范
EM235的接线
1.四个输入端可任 选电流及电压模式 (但需一致)。 2.注意选择电流或 电压输入时接法不 同。 3.为防干扰,空置端 要作相应处理。
4.电流或电压输出 时接法不同。
5.右下角为配置开 关。
EM235输入方框图
EM235输出方框图
EM235的校准电位器及DIP开关
例1：以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们 得到的数值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0 ＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出： A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4 假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时， 相应的模拟电信号是6400×16／25600＋4＝8mA。
子程序3：输出及数值正负显示
组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本例的CPU是 CPU222，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个 通道连接一块带4—20mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的 量程设置为0—100度，即0度时输出4mA，100度时输出20mA。 温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器， 简单编程如下：
模拟量模块的应用实例
控制要求：
• 1．EM235护展编号为0，输入 ±10V ，配置在RA口 。 • 2 ．欲使输入量控制输出模拟 量。
模块号 地址号
模拟量模块的应用实例
硬件准备：
• 1．RA口作电压输入连接，其余口短 接。输出口作电压输出接法。 • 2 ． EM235DIP配置为OFF，OFF， ON，OFF，OFF，OFF。即为± 10V 档 • 3 ．完成校准工作。
由于微处理器所能接受的运算一般都比较简单，对于 复杂的运算（如微分、积分）都要转变成简单的加、减、 乘、除四种运算。所以在实际应用中，需要把信息的PID 控制算式转换成实际应用的PID算式。即把连续算式离散 化为周期采样偏差算式，才能用来计算输出值。在决定系 统参数时，往往需要现场调试。有PLC构成的一个闭环控 制过程的PID算法，就有十分广阔的前景。本节将以 SIEMENS公司S7-200系列CPU的PID功能指令为基础，介绍 PID算法及实际应用中如何对PID参数进行调整。
计算机只能处理数字量，
因而需A/D及D/A转换
用于D/A转换的电子电路
用于A/D转换的电子电路
如何将电子电路制成通用的装置？
模拟量单元的功能: 将传感器送来的模拟量转变为 一位数的数字量,或将PLC中的数字量转换为模拟量 输出
转换成的数字量及待转换的数字 量放在那?
如何适应多种输入与输出
S7-200系列PLC模拟量单元 ---种类与工作模式
关于数据处理
• 由满度数值对应模 拟量输入输出的量 程.注意单双极性及 位数. • 注意数据的位置及 所引出的数据值的 变化,需做出相应的 处理
模拟量值和A/D转换值的转换
假设模拟量的标准电信号是A0-Am（如：4-20mA）， A/D转换后数值为D0-Dm（如：6400-32000），设模 拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D， 由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学 方程： A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。 根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将 该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为 数学方程： D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。
EM235输入输出数据格式(存在PLC中)
• 当EM235安装位置离主单 元最近时,四组输入转换后 的数字量分别存放在 AIW0\AIW2\AIW4\AIW6 存储单元中。 • 输出模拟量的数字量存在 AQW单元中. • 输入数据中12位数据字最 高位为符号位。放在不同 的位置是为了获得合适的 分辩率。 • 输出数据存入的位置是为 了合适的分辩率。
12.5uV 25uV 125uV 250uV 1.25mV 5uA 2.5mV 分辨率
12.5uV 25uV 50uV 125uV 250mV 500uA 1.25mV 2.5mV 5mV
EM235配置开关的用途及说明
EM235配置开关 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF ON 单极性 /双极 性 单极性 双极性 ×1 ×10 ×100 无效 0.8 0.4 增益选 择 衰减选 择
温度显示值＝（AIW0-6400）/256 编译并运行程序，观察程序状态，VW30即为显示的温度值， 对照仪表显示值是否一致。
S7系列PLC的模拟量PID指令及应用方法
在模拟控制系统和直接数字控制DDC（Direct Digital Control)系统中，PID控制一直都是被广泛应用 的一种基本控制算法。PID即比例（Proportional)、积分 (Integral)、微分(Differential)三作用调节器具有结构 典型，参数整定方便，结构改变灵活（有P、PI、PD和PID 结构），控制效果较佳，可靠性高等优点，是目前控制系 统中一种最基本的控制环节。
OFF
OFF
ON
0.2
满量程输入×衰减×增益=模拟量输入字中数据所对应的模拟量实际值 =4V
一、开关6 ON/OFF两种状态 将表格划分为单极性/双极性两类满量程输入。 SW6=ON，选择单极性；SW6=OFF，选择双极性。 二、开关4和5选择增益 SW4和SW5共3种组合，分别为SW4=ON，SW5=OFF；SW4= OFF， SW5=ON；SW4= OFF，SW5=OFF。 以单极性为例: 当SW4=ON，SW5=OFF，满量程输入为0至50mV,0至100mV； 当SW4=OFF，SW5=ON,满量程输入为0至500mV,0至1V； 当SW4=OFF，SW5=OFF，满量程输入为0至5V,0至20mA,0至10V。 不难看出，DIP 开关SW4=OFF，SW5=OFF时对应的电流或电压满量 程输入是与前两种DIP开关组合对应的电流或电压满量程输入成 100倍，10倍比例关系的。即开关4和5选择增益*100，*10，*1。
例2：某温度传感器，－10—60℃与4—20mA相对应， 以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上 式直接代入得出： T=70×（AIW0－6400）／25600－10 可以用T 直接显示温度值。
模拟量模块的校准操作要点
• 配置开关确定后通电15分钟。 • 输入零信号后读CPU中数值，并调整 偏置电位器使读数为零。 • 送入满度信号后读CPU中值，并调整 增益电位器使读数满度。
模拟量处理单元及过程控制技术
-----S7-200系列PLC模拟量工作单 元EM235简介
基本概念:
控制系统中的两类物理量
数字量及模拟量
• 连续变化的物理量称为模拟量。最常见的 模拟电量为直流电流及直流电压。 • 工业控制中许多调节器及传感器采用模拟 量处理方式工作。 • 国际通用的模拟电压为0~10V，模拟电流 为4~20mA。