学PLC模拟量控制程序设计无压力，做到更加专业入门，收好不谢

此次主要讨论PLC怎样进行“再处理“，对“预处理“与”后处理”也作适当说明。 由于生产过程常有模拟量，故模拟量控制有时也称过程控制。

模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、温度、压力、速度、流量等。在现实世界中，特别是在连续型的生产，如化工生产过程中，常见到模拟量，并要求能对其进行控制。

一、PLC模拟量控制过程

一个完整的模拟量PLC控制，其过程是：

用传感器采集信息，并把它变换成标准电信号，进而送到模入模块； 模入模块把标准电信号转换成CPU可处理的数字信息；

CPU按要求对此信息进行处理，并产生相应的控制信息送模出模块； 模出模块得到控制信息后，经变换，再以标准信号的形式传给执行器； 执行器对此信号进行放大和变换，产生控制作用，施加到受控对象上。 图 4-1-1-1 示出以上介绍的模拟量控制过程。

要弄清的是，这里“基于信息采集和处理”的信息，可能是调节量，也可能是干绕量。 如为调节量，则要用反馈控制。它是一种模拟量最基本的控制方式。图4-1-1-2示的就是反馈控制的原理图。

如图示，这里的传感器不断地监测被控对象的调节量，接着把它送给模入单元。PLC程序把模入单元送来的反馈值与系统预定的设定值进行比较，进而产生控制量。这控制量再经摸出单元、执行器作用到被控对象上，其目的是尽快地缩小这个差值。可知，这里的信息流是闭合的，所以反馈控制又称闭环控制。

如信息为干扰量，也可用前馈控制。它是另一种控制方式。它基于扰动补偿原理，依扰动的情况作相应控制。图4-1-1-3为它的工作原理图。

从图知，它的传感器监测的是扰动量。PLC程序依扰动量、控制量与调节量间的关系产生相应的控制量，进而再通过摸出单元、执行器作用到被控对象上，其目的是在干扰量作用于系统的同时，这个控制量也作用于该系统，以补偿干扰对系统的不利影响。可知，这里的信息流是开路的，所以前馈控制又称开环控制。

二、PLC模拟量控制目的

模拟量控制的目的，是多种多样的，具体为：

1、使系统的某个量保持恒值，即，要求可控系统在受到扰动时，其调节量仍能保持在给定值附近，基本上不变，这种控制称镇定控制，或称自动调节。

2、使系统的状态按预先给定的方式随时间，或按预定的程序变化，这种控制称为程序控制。

3、使系统的状态按外来信号的变化而变化，这种控制称随动控制。

三、PLC模拟量控制要求

对PLC模拟量控制系统的要求，以自动调节为例，与对一般控制系统的要求是相同的，也是要使受控系统能稳定、准确地快速自动调节。

控制过程具体可用时域或频域方法表示：

1、时域指标

它用在给定值阶跃扰动时，系统的控制量随时间的变化过程反映控制品质。图4-1-3-1所示的即为这个过程。从图可看出控制量在时域上的变化过程。

2、频域指标

它用系统的开环频率特性代表控制品质。具体是，在不同频率的单位信号作用下，系统开环时，其输出对信号的响应特性，即系统输出的幅值及它与作用信号的相位差。图4-1-3-2为系统开环频率特性图，图4-1-3-3为幅频特性曲线。从图可看出控制量在频域上的变化过程。

3、积分指标

用积分指标可综合反映控制系统的稳定性、准确性及快速性，所有这些值都应尽可能的小。 一般控制有这个要求，用PLC控制也不例外。

四、PLC模拟量控制类型

1、单回路反馈控制：

它只有一个控制回路，是闭环的。视系统的要求而定。

单回路反馈控制简单，易于调整、投运，适用于纯滞后和惯性较小、负荷和干扰变化比较平缓的系统的控制。

2、串级控制：

它有主辅两个控制回路，主回路与副回路，见图4-1-4-1。从图知，它的主回路的给定值按要求给定，其输出不用以推动执行器，而用作副调节器给定值。副调节器的输出才用以推动执行器。

图4-1-4-2说明单回路与串级控制的区别。图a为单回路控制，控制量为炉温θ，测出的炉温经变送器变换后，送调节器T， 调节器的输出直接控制调节阀的开度，从而控制送入加热炉中的的燃油量。这个系统虽较简单，但燃油压力的波动将影响炉温变化。特别是燃油的压力波动值大、且频繁时，炉温的波动更大。

而图b为串级控制，就是要解决这个压力波动对炉温的干扰。它先构成一个压力控制回路。用副调节器G，去克服燃油压力波动对流量的影响。主调节器则按给定值的要求，依炉温，去确定应给的燃油流量。

由于多了个副回路，可使所控制的炉温免受或少受燃油压力波动的干扰，从而提高系统的控制品质。

应提醒的是，这里调节器用的不是硬件，而是软件、是PLC程序。靠运行PLC程序实现调节器的控制功能。

3、前馈控制

图4-1-4-3 为前馈控制的例子。它是按扰动进行的开环控制。如图示的换热器，加热的物料流入量是主要的干扰因数时，可用如图的办法，随着进料的变化，通过前馈补偿器，调节用以加热物料的蒸汽流量，从而控制容器的温度。

如果弄清物料流量对温度的影响规律，可作到系统的误差为零。如图4-1-4-4 所示。

当然，前馈与反馈控制也可结合起来进行，以得到更高系统的控制品质。

应提醒的是，这里的前馈补偿器也不是硬件，而是软件、也是PLC程序。靠运行PLC程序实现前馈补偿器的控制功能。

4、比值控制

在生产中，有时要求若干变量间保持一定的比例关系，如煤气加热炉，就要求煤气与空气要有合适的比例，即空燃比。比例调节器就是要保证在煤气变化的同时，空气也要有相应的变化。比值控制有开环、闭环及多变量比值等。

图4-1-4-5 为开环比值控制。Qb的流量按比例k，跟随流量Qa变化。

图4-1-4-6 为闭环比值控制。Qb的流量为闭路控制。但，它的给定值为kQa，隋Qa而变。

图4-1-4-7 为双闭环控制，两个回路都是闭环的。Qa 调节器的给定值是独立的，而Qb调节器的给定值由Qa的变送器，经比例器换算后给出。这种空置的目的是Qb要随Qa变，以保证其间比例关系不变。

图4-1-4-8 为多值比例控制。这里画出两个闭环控制回路。它们的调节器的给定值都是由Qa的变送器送出、经比例器K1、K2 换算后确定。以此保证Qa、Qb1、Qb2之间的比例关系。

图4-1-4-9 也为多值比例控制。这里也画出两个闭环控制回路。Qb1调节器的给定值都是由Qa的变送器送出、经比例器K1 换算后确定。而Qb2调节器的给定值则是由Qb1的变送器送出、经比例器K2/K1 换算后确定。它是用丛变量间的协调，保证Qa与Qb1以及Qb1与Qb2之间的比例关系。

图4-1-4-10 有三个调节回路。调节器T，用以调节炉温。当温度变化时，它改变燃气调节器的给定值。进而改变燃气流量Qa。而当燃气流量改变时，经比例器K也改变空气调节器的给定值。也会改变空气的流量Qb。从而达到当温度变化时，既改变燃气，又改变空气的流量，以保证炉温恒定。

图4-1-4-11 变比值的控制回路。流量Qb的调节器的给定值由乘法器给定。乘法器进行K（c）与Qa的乘运算。而K（c）则由成分分析仪测出成分值c后，由控制器A把其与

给定值cr比较、换算得出。这种控制可保证不同的流量Qa时，将有不同比例的Qb值。

应提醒的也是，这里除变送器、调节阀之外，其它的如调节器、比利器、成份分析仪、乘法器等均为软件，为PLC程序，靠运行PLC的这个程序实现有关的控制功能。

5、其他控制

其他常用的控制方法还有均匀控制、分程控制、多冲量控制等。

五、PLC模拟量控制特点

用 PLC实现模拟量控制有三个基本特点：

1、有误差；

2、断续的；

3、有时延。

关于PLC模拟量控制程序设计就是这些啦！有问题可进行讨论哦！

以上，欢迎动动手分享及收藏！

西门子PID控制系统的PLC 与HMI仿真联调

引言

PLC 和 HMI 的仿真联调环境实现了闭环控制回路中人机界面和控制器部分的仿真功能。

被控对象和测量变送环节同样可以通过 PLC 编程进行仿真。

此处忽略执行机构。

被控对象及闭环回路仿真原理

众所周知，我们通常使用传递函数来描述被控对象。以单容水箱为例，传递函数为

我们同样知道 PID 控制器的时域函数为

拉普拉斯变换得到传递函数如下

在 PLC 程序当中，我们可以通过设定 PID 功能块，使之变成一个积分环节。

设定

，禁用比例功能，并将"输出"连回到"输入"构成自反馈回路。

由方框图变换法则得到新的传递函数, 一个惯性环节（一阶环节）

由此，我们可以在 PLC 当中构建一个完整的带有"被控对象"的反馈控制回路。

PLC 编程

打开SIMATIC Manager编程软件，新建项目并完成硬件组态；双击 "OB1"进入编程界面； 插入常开、常闭触点和置位、复位线圈来制作常开、常闭静态常量以备后用。 展开"Libraries"的树状结构→ "Standard Library" → "PID Control Blocks"，找到"FB41

CONT_C ICONT"并拖拽到"程序段 3"；

为此功能块创建相对应的数据块; 为功能块设定相关参数；通过"MOVE"指令将输出传递回输入。 新建"程序段 4"，从"FB blocks"中再插入一个"FB41"为之分配"DB2"并设定相关参数或地

址；

相关地址参数参照如下：

HMI 触摸屏组态及联合仿真

打开"TIA Portal"软件并创建新项目，添加 HMI 设备并组态与 PLCSIM 的通讯连接；在"默认变量表"中新建变量并设置相关参数和地址； 插入"趋势"控件，添加趋势并设置相关属性。 插入"棒图"元素以及静态图形，并设置相关属性； 插入"IO 域"元素，并设置相关属性； 关于"P、I、D、手自动开关"元素，它由三个部分组成；

"ON"和"OFF"图形以"可见性"动画关联标签状态；

一个不可见的"按钮"关联"单击"事件；

将三个部分重叠，并将按钮设置为最上层；

打开 PLCSIM 软件，下装程序并打到运行状态，启动人机界面仿真并开始测试；

PID 控制器设为手动模式，设定手动值，可以看到 PID 输出保持不变，被控对象的过程量

持续增长表现为一个一阶惯性环节；

将 PID 控制器设置为自动模式，设置"P, I, D"参数并给出 SP 值，会看到被控对象响应更

快并跟随 SP 值;

结语

本例仅提供给读者一个在PID控制回路中被控对象的仿真方法，仍然有许多地方可以改进例如：

使用功能和功能块对仿真被控对象程序逻辑进行封装；使用OB35 循环中断组织块进行PID回路编程；被控对象使用实际工程量单位, 则加入模拟量输入、输出量程转换逻辑程序；PID控制器加入无扰切换功能；人机界面加入报警、闪烁、数据导出等功能；被控对象加入纯滞后环节

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