第6章PLC模拟量采集及PID控制系统

第6章PLC模拟量采集及PID控制系统6.5PID指令及控制6.4

FX2N系列PLC模拟量输出模块6.3FX2N系列PLC模拟量输入模块6.2FX2N系列PLC特殊功能模块编址及操作6.1模拟量闭环控制系统6.1模拟量闭环控制系统

FX2N系列PLC的模拟量控制模块，功能齐全，其读写操作基本相同，是组成闭环控制系统和专用控制系统的重要单元。6.1.1模拟信号获取及变换需要检测的自然界的模拟量必须首先转换为数字量（称为模-数转换或A-D转换），然后输入给计算机进行处理。基于热电偶传感器的二线制变送器接线图分析：1）传感器接线方式？2）工作过程？6.1.2计算机闭环控制系统三菱PLC基础与应用闭环负反馈PID控制系统：思考：怎样实现负反馈？6.1.3数字PID运算及应用

1．PID运算模拟量PID运算三菱PLC基础与应用

M（t）：PID运算的输出，M是时间t的函数；

e：控制回路偏差，PID运算的输入参数；

Kp：比例运算系数（增益）；

Ki：积分运算系数（增益）；

Kd：微分运算系数（增益）。数字化PID运算

计算机处理该表达式，必须将其由模拟量控制的函数通过周期性地采样偏差e，离散化后的PID表达式可整理为Mn=Kcen+Kc(Ts/Ti)en+MX+Kc(Td/Ts)(en-en-1)Mn：时间t=n时的回路输出；

en：时间t=n时采样的回路偏差，即SVn与PVn之差；

en-1：时间t=n-1时采样的回路偏差，即SVn-1与PVn-1之差；

Kc：回路总增益，比例运算参数；

Ts：采样时间；

Ti：积分时间，积分运算参数；

Td：微分时间，微分运算参数；

PID控制算法可以直接导出标准增量PID控制算法为△Mn=Mn-Mn-1=Kp(en-en-1)+Kien+Kd(en-2en-1+en-2)可以根据该公式实现PID的数字化程序设计。

需要说明的是，用户在FX2n系列PLC实现PID运算时，不需要对上述复杂的算法进行编程，只需要直接通过设置PID回路参数和执行PID控制指令即可完成PID运算。三菱PLC基础与应用2.PID控制参数的物理意义

（1）比例控制（P）其控制器的输出量与控制器输入量（偏差）成比例关系。（2）积分控制（I）只要偏差不为零，积分输出就会逐渐变化，一直要到偏差消失。（3）微分控制（D）控制器的输出量与控制器输入量（偏差）的成微分关系。

4.PID控制的工程应用（1）控制算法的选择根据需求决定（2）控制系统反馈极性的确定

为了保证系统实现负反馈，在控制对象、执行机构的正反作用确定后，必须正确选择PID控制器输入与输出之间的正、反作用。（3）PID参数工程整定确定PID算法中的比例、积分、微分系数（PID参数设置）PID参数设置又称为PID参数工程整定。三菱PLC基础与应用6.2.FX2N系列PLC特殊功能模块

扩展编址及读写操作三菱PLC基础与应用三菱PLC基础与应用三菱PLC基础与应用6.3FX2N系列PLC模拟量输入模块及应用模拟量输入输出模块是组成闭环控制系统的重要单元。FX2N系列常用的模拟量模块有

模拟量扩展板（FX1N-2AD-BD、FX1N-1DA-BD）、FX2N-4AD模拟量输入模块、模拟量输入输出混合模块（FX0N-3A）、温度传感器用输入模块及温度调节模块（FX2N-2LC）等。PLC通过扩展总线可以十分方便地对其进行I/O端口连接、确定地址编号及进行读写操作。三菱PLC基础与应用6.3.1A/D转换模块

1-FX2N-4AD模块FX2N-4AD为4通道12位A/D转换模块，可以同时接收和处理4个模拟量的输入信号，可以将模拟电压或电流转换为12位的数字量并以二进制的补码方式存入内部16位缓冲寄存器中，通过扩展总线与FX2N基本单元进行数据交换。三菱PLC基础与应用2-FX2N-4AD的外部接线三菱PLC基础与应用3．缓冲寄存器（BFM）

缓冲寄存器BFM是与PLC基本单元进行数据交换，以及对特殊功能模块工作状态进行设定的内部存储单元。FX2N-4AD内部有32个16位的缓冲寄存器（BFM），编号为BFM#0~#31，各寄存器功能及含义见表6-3。可以通过PLC的FROM和TO指令分别对数据缓冲寄存器区的数据进行读/写操作。三菱PLC基础与应用

【例】FX-PLC基本单元连接FX2N-4AD模拟量输入模块（特殊功能模块）的0号位置，要求开通CH1和CH2两个通道作为电压量输入通道，计算4次取样的平均值，结果存入基本单元数据寄存器D0和D1中6.4FX2N系列PLC模拟量输出模块及应用

FX2N系列PLC中模拟量输出模块用于将PLC输出的数字量转换为模拟量输出，以驱动模拟量负载。

主要型号有FX2N-2DA、FX2N-4DA、FX2NC-4DA及FX3U-4DA等。三菱PLC基础与应用6.4.1.模拟量输出模块FX2N-2DA1．FX2N-2DA的技术指标FX2N-2DA为2通道D-A转换模块，它可以将12位的数字量转换为输出电压范围为0~10V（0~5V）、电流范围4~20mA的模拟量信号。三菱PLC基础与应用3.FX2N-2DA缓冲寄存器BFMFX2N-2DA内部有32个16位的缓冲寄存器BFM，但用来与PLC基本单元进行数据交换的编号只有BFM#16、BFM#17，其功能分配见表6-12。

可以通过PLC的FROM和TO指令对数据缓冲寄存器进行读写操作。4.FX2N-2DA偏置与增益的调整FX2N-2DA的增益和偏置是通过模块上的增益电位器和偏置电位器分别进行调整的。

为了充分利用12位的数字值（212=4096），FX2N-2DA出厂时偏置值和增益值已经设置为数字值为0~4000，对应电压输出为0~10V，故其最大分辨率为10V/4000个数字量=2.5mV/个数字量

为此，对于模拟量电压输出值10V（最大）或模拟量电流输出20mA（最大）时，其输出值数字值（增益）要分别调整到4000。三菱PLC基础与应用5.D-A模块编程用TO指令实现D-A转换的步骤如下。1）取出需要转换成模拟量的12位数字量数据；2）低8位数据写入到BFM#16；3）执行BFM#17的第b2位从“1”变为“0”时，保存低8位数据；4）写入高4位数据到BFM#16；5）执行BFM#17的第b0或b1位从“1”变为“0”时，分别对CH2或CH1进行D-A转换。三菱PLC基础与应用三菱PLC基础与应用6.5PID指令及闭环控制6.5.1FX系列PLC的PID指令

FX2N系列PLC实现PID运算十分方便，只需要在PID参数写入相关寄存器的情况下，执行一条PID指令即可。1．指令格式及操作数PID指令（FNC88）格式如图6-28所示。

图6-28PID指令格式

三菱PLC基础与应用1）源操作数[S1]存放以数字量表示的当前的设定（目标）值SV。2）[S2]存放当前测定（量）值PV。3）[S3]是设置PID参数的开始单元，共有[S3]~[S3]+24共25个数据寄存器，用于设置PID参数及数据报警等。4）目标操作数[D]用来存放以数字量表示的PID运算的输出结果（用于控制PWM指令或经D-A转换后驱动负载）。三菱PLC基础与应用6.5.2FX2N系列PLC的PID控制系统1.FX2N系列PLC组成的PID闭环控制系统FX2N系列PLC组成的PID闭环控制系统如图所示。三菱PLC基础与应用三菱PL基础与应用2.PID控制程序结构PID控制程序主要包括:

输入模块初始化;

读取数据;PID参数设置;

执行PID指令;