（精）第7章 PLC在模拟量闭环控制中的应用.ppt

总结 * * 第7章 PLC在模拟闭环控制中的应用 成都理工大学工程技术学院 自动化工程系 雷永锋 第7章 PLC在模拟量闭环控制中的应用 7.1 闭环控制与PID控制器 7.1.1 模拟量闭环控制系统 1．模拟量闭环控制系统 被控量c(t)被传感器和变送器转换为标准量程的直流电流、电压信号PV(t)，AI模块中的A-D转换器将它们转换为多位二进制数过程变量PVn。SPn为设定值，误差en?=?SPn???PVn。AO模块的D-A转换器将PID控制器的数字量输出值Mn转换为模拟量M(t)，再去控制执行机构。 PID程序的执行是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期TS。 加热炉温度闭环控制系统举例。 2．闭环控制的工作原理 闭环负反馈控制可以使过程变量PVn等于或跟随设定值SPn。假设实际温度值c(t)低于给定的温度值，误差en为正，M(t)将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于设定值。 3．闭环控制系统主要性能指标 系统进入并停留在稳态值c(∞)上下±5%（或2％）的误差带内的时间tS称为调节时间。 被控量c(t)从0上升，第一次到达稳态值c(∞)的时间称为上升时间tr。 稳态误差是指响应进入稳态后，输出量的期望值与实际值之差。 4．闭环控制带来的问题 由于闭环中的滞后因素，PID控制器的参数整定得不好时，阶跃响应曲线将会产生很大的超调量，系统甚至会不稳定。 5．闭环控制反馈极性的确定 闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控。 调试时断开AO模块与执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。如果控制器有积分环节，因为反馈被断开了，AO模块的输出会向一个方向变化。这时如果假设接上执行机构，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。 6．变送器的选择 AI模块的电压输入端的输入阻抗很高，微小的干扰信号电流将在模块的输入阻抗上产生很高的干扰电压。远程传送的模拟量电压信号的抗干扰能力很差。 电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC的AI模块的输入为电流时，输入阻抗较低，例如250?。干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，模拟量电流信号适用于远程传送。 四线制电流输出变送器有两根电源线和两根信号线。二线制变送器只有两根外部接线，它们既是电源线，也是信号线，输出4～20mA的信号电流。 7.1.2 PID控制器的数字化 1．连续控制系统中的PID控制器 KC是回路增益，TI和TD分别是积分时间和微分时间。TS是采样时间间隔。 2．PID控制器的数字化 上式中的积分对应于图7-7中误差曲线e(t)与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。一般用图7-7中的矩形面积之和来近似精确积分。 在误差曲线e(t)上作一条切线，该切线与 x 轴正方向的夹角 α 的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。 导数的近似表达式： 数字PID控制器输出值的计算公式： 3．反作用调节 在开环状态下，PID输出值控制的执行机构的输出增加使被控量增大的是正作用（加热炉）；使被控量减小的是反作用（空调压缩机）。把PID回路的增益KC设为负数，就可以实现PID反作用调节。 7.1.3 PID指令向导的应用 1．用PID指令向导生成PID程序 双击项目树“向导”文件夹中的“PID”，打开“PID指令向导”对话框，完成每一步的操作后，单击“下一步”按钮。 1）设置PID回路的编号（0～7）为0。 2）设置回路给定值范围和回路参数。比例增益为2.0，积分时间为0.03min，微分时间为0.01min，采样时间为0.2s。 3）设置回路输入量（过程变量PV）和回路输出量的极性均为默认的单极性，范围为默认的0～32000。 4）启用过程变量PV的上限报警功能，上限值为95%。 5）设置用来保存组态数据的120B的V存储区的起始地址为VB200。 6）采用默认的初始化子程序和中断程序的名称，选中多选框“增加PID手动控制”。 2．回路表见表7-1。 7.2 PID参数的整定方法 7.2.1 PID参数的物理意义 1．对比例控制作用的理解 PID控制器输出中的比例部分与误差成正比，增益太小，调节的力度不够，使调节时间过长。增益过大，调节力度太强，造成调节过头，使被控量来回震荡，超调量过大。如果闭环系统没有积分作用，单纯的比例控制