PLC的3大重点编程算法，电气人都该掌握

PLC编程算法(一)

1、开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。

开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。所以，有时也称其为顺序控制。

而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。

2、模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、流量等。

PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。

由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。

模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。

同时还要有模拟量输入单元(A/D)，把这些标准的电信号变换成数字信号;模拟量输出单元(D/A)，以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。

所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。例如：

PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。那么0—32767对应0—100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值精确到0.1℃，把327.67/10即可。

模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。

3、脉冲量是其取值总是不断的在0(低电平)和1(高电平)之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。

PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如：脉冲数在角度控制中的应用。步进电机驱动器的细分是每圈10000，要求步进电机旋转90度。那么所要动作的脉冲数值=10000/(360/90)=2500。

PLC编程算法(二)——模拟量的计算

1、 -10—10V。-10V—10V的电压时，在6000分辨率时被转换为F448—0BB8Hex(-3000—3000);12000分辨率时被转换为E890—1770Hex(-6000—6000)。

2、 0—10V。0—10V的电压时，在12000分辨率时被转换为0—1770Hex(0—6000);12000分辨率时被转换为0—2EE0Hex(0—12000)。

3、 0—20mA。0—20mA的电流时，在6000分辨率时被转换为0—1770Hex(0—6000);12000分辨率时被转换为0—2EE0Hex(0—12000)。

4、 4—20mA。4—20mA的电流时，在6000分辨率时被转换为0—1770Hex(0—6000);12000分辨率时被转换为0—2EE0Hex(0—12000)。

以上仅做简单的介绍，不同的PLC有不同的分辨率，并且您所测量物理量实现的量程不一样。计算结果可能有一定的差异。

注：模拟输入的配线的要求

1、使用屏蔽双绞线，但不连接屏蔽层。

2、当一个输入不使用的时候，将V IN 和COM端子短接。

3、模拟信号线与电源线隔离 (AC 电源线，高压线等)。

4、当电源线上有干扰时，在输入部分和电源单元之间安装一个虑波器。

5、确认正确的接线后，首先给CPU单元上电，然后再给负载上电。

6、断电时先切断负载的电源，然后再切断CPU的电源。

PLC编程算法(三)——脉冲量的计算

脉冲量的控制多用于步进电机、伺服电机的角度控制、距离控制、位置控制等。以下是以步进电机为例来说明各控制方式。

1、步进电机的角度控制。首先要明确步进电机的细分数，然后确定步进电机转一圈所需要的总脉冲数。计算“角度百分比=设定角度/360°(即一圈)”“角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*角度百分比。”

公式为：角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*(设定角度/360°)。

2、步进电机的距离控制。首先明确步进电机转一圈所需要的总脉冲数。然后确定步进电机滚轮直径，计算滚轮周长。计算每一脉冲运行距离。最后计算设定距离所要运行的脉冲数。

公式为：设定距离脉冲数=设定距离/[(滚轮直径*3.14)/一圈总脉冲数]

3、步进电机的位置控制就是角度控制与距离控制的综合。

以上只是简单的分析步进电机的控制方式，可能与实际有出入，仅供各位同仁参考。

伺服电机的动作与步进电机的一样，但要考虑伺服电机的内部电子齿轮比与伺服电机的减速比。

PLC中重要的三个点：开关量、模拟量、脉冲量。只在搞清楚三者之间的关系，对于掌握PLC就不会有太大的问题。

（实例讲解）西门子PLC1200与绝对值编码器的连接

西门子1200与绝对值编码器4—20mA信号的连接

西门子绝对值编码器信号不怕干扰，停电数据不会丢失，PLC对于绝对值编码器无需时刻计数，对于CPU扫描无需计算中断时间并节省CPU资源，尤其是现在绝对值编码器的市场价格大幅度下降，同时因数据可靠性的提高，对于使用绝对值编码器可节省调试时间，减少售后服务成本，实际使用效果及性价比已远优于选用增量型编码器，在PLC位置定位中已有越来越多的用户倾向于使用绝对值编码器。

由于西门子1200的经济性，与绝对值编码器的连接首选较为经济和方便的4—20mA信号接口，西门子1200均自带2路4—20mA输入接口，可直接连接2个带有4—20mA输出接口的绝对值编码器。

绝对值编码器分单圈绝对值和多圈绝对值，单圈绝对值编码器是指编码器旋转在360度以内工作，或者0—180度内工作，这样选择的编码器，4mA对应0度，360度（或180度）对应20mA，在PLC内的数据线性对应角度值，每一个数值对应唯一的角度值，该数据无需靠计数，不怕干扰与停电，可直接编程使用。单圈绝对值编码器推荐使用GMS412.LB（代号9400S）,该编码器可设定20mA对应的角度值和旋转方向、零点偏置，例如可设定20mA对应180度，编码器工作在0—180度内。

在长度或高度的PLC定位控制中，常需要编码器旋转超过360度的工作范围，就需要选择多圈绝对值编码器了，多圈绝对值编码器的4—20mA输出有两类，一类是固定量程的多圈绝对值，例如16圈、64圈、256圈，即20mA对应值为16圈终点、64圈或256圈，此类编码器较为经济，推荐的型号为GEX60.LB；另一类为智能型多圈绝对值编码器，20mA可设定在1—4096圈中间的任何位置，并可设置零点偏置，推荐的型号为GAX60.LB（代号9600），此款编码器应用极为广泛，已在起重、水利、军工、石油、化工、及各种工业机械等很多领域有大量成功应用。

西门子1200与绝对值编码器RS485或Modbus RTU信号的连接

西门子1200可配置通讯接口RS485，该接口可连接绝对值编码器的RS485信号，包括单圈绝对值和多圈绝对值，绝对值编码器的RS485信号有多种形式，较为常用的有简单型RS485广播模式（主站模式主动广播发送）、带地址由指令发送的自由协议（从站被动模式）、Modbus RTU模式等等，其中如果仅连接一个绝对值编码器，可用编码器主动模式，协议简单信号可靠，而如果要连接多个编码器（总线方式），可选用Modbus Rtu模式，但是该方式因为要轮询，每个编码器返回数据刷新较慢，不适合快速移动的控制。

推荐的主动模式RS485编码器，单圈绝对值的型号为GES38.RDB，或GES60.RDB，或GMS412.LB（代号9400S）;多圈绝对值的型号为GEX60.LB（64圈），或GAX60.LB（代号9600）(4096圈)

推荐的被动指令模式RS485编码器（可连接1-9个编码器，含地址），单圈绝对值的型号为GMS412.LB（代号9400S）;多圈绝对值的型号为GEX60.LB（64圈），或GAX60.LB（代号9600）(4096圈)。

推荐的Modbus RTU模式的编码器，单圈绝对值的型号为GMS412.RMB;多圈绝对值的型号为GAX60.RMB (4096圈)。

西门子1200与绝对值编码器Profibus-DP信号的连接

西门子1200可配置Profibus—DP总线通讯接口，这个接口为欧系绝对值编码器最常用的输出模式，可选各种欧系进口品牌编码器，包括国产品牌的绝对值编码器，该接口为西门子常用接口，但是该接口编码器成本高，包括配置电缆布线成本都较高，对于1200的经济性已经不合适了，不在此推荐。

应用案例一

西门子1200与绝对值编码器4—20mA信号的连接，做简单定位控制

实用应用介绍一：水利闸门高度的单机及多机控制，全国各地的防洪、调蓄、供水、排污等水闸的起重高度，由卷扬起重机（启闭机）提升和关闭，每个闸站1-6个闸门启闭机，西门子1200PLC连接绝对值多圈编码器的4—20mA接口，配置HMI，可以很好有效地完成这样的简单定位控制。编码器可以安装在卷扬机卷筒轴连接，或减速齿轮轴连接，预先计算编码器所需旋转的圈数值，将编码器输出的20mA设定大于该圈数值，例如16圈，这样编码器输出的4—20mA的每变化1mA线性对应卷筒旋转一圈，以此计算闸门提升的高度变化，以控制水闸闸门的开启与关闭高度。选用的编码器型号为上述推荐的GAX60.LB（代号9600），项目应用地点：东北哈尔滨、江苏常州等地多个水闸。

应用案例二

液压双油缸提升同步控制，较大型的水闸闸门需用用左右两个液压油缸动力提升，保持位置同步，以保证闸门的平滑提升与下降。广东某水闸原用闸门开度仪表仅作显示，因原显示仪表的可靠性较低并无法完成液压油缸同步纠偏及升降控制，用户希望用小型经济型PLC加HMI以替换原来的仅作显示的仪表，提高控制可靠性及可编程可控性，PLC选用了西门子1200，编码器选用了绝对值多圈编码器4—20mA信号接口，GAX60.LB（代号9600）2个，分别用机械装置安装与左右两个油缸提升高度相对应，对应设置的油缸高度6米对应20mA，2个4—20mA信号连接1200的模拟量接口，进入PLC对比两组数据，根据高度差控制左右油缸液压系统的电磁阀，调节左右液压油路流量，以调整油缸的提升或下降的速度及位置差，保持两个油缸的同步纠偏的升降控制。西门子1200PLC配套两个绝对值编码器4—20mA接口，很好地完成了这样的同步纠偏及升降控制。

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