一、概述 PLC是由取代继电器开始生产、发展的，但PLC就是工业控制计算机，尤其是大型的PLC系统就是当代最先进的计算机控制系统。 PLC制造商开发了品种繁多的特殊用途的I/O模块，包括模拟量输入输出模块、运动控制模块、数据处理与控制模块、通信模块等，有的是带有微处理器的智能I/O模块，使可编程控制器进入了包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。 随着可编程控制器网络功能的发展，仅用可编程控制器就可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集和控制的综合自动控制系统。它的应用面几乎覆盖了整个工业企业。

模入模块 模出模块 进 水 液位自动控制系统 PLC LT 出水 可编程控制器在过程控制领域中的应用。

可编程控制器的在过程控制中应用 80年代初期 数字技术和模拟量技术的统一。 过程控制领域 逻辑控制领域 对PLC的容量、速度要求高 高速模拟量输入模块 专用独立PID控制器 热电偶等直接输入模块 多路转换器等

日本横河DCS的现场控制单元 MAC2 PX1 MF 1 LC S RL通信 CPU 存 储 器 电源 NE5 信号变换器 P L C TB08 YS80 …… 现场控制单元 × … NE总线 8台 远程I/O 最多可插3块LSC

DCS PLC

+ - ev(t) sv(t) pv(t) c(t) 模拟量闭环控制系统方框图 uv(t) 测量元件 mv(t) 被控 对象 执行 机构 PID 调节器 pv(t) mv(t) c(t) 计算机闭环控制系统方框图 + - uv(t) Uv(n) sv(n) ev(n) A/D pv(n) 测量元件 被控 对象 执行 机构 D/A PID 调节器

二、模拟量输入输出单元 1．模拟量输入输出单元的性能指标 1）FX-4AD： 4通道12位模拟量输入模块 各通道可以指定为电压输入 （-10V～+10V或-20mA～+20 mA）； 输入阻抗为200Ω 分辨率: 5mV(10V×1/2000), 20uA(20mA×1/1000) ； 综合精度为±1%； 数字输出范围为-2048～+2047； 转换速度每通道15mS(高速转换方式时为6ms )； 在软件上占8个I/O点(即占基本单元映像表的8点）; 相关指令与缓冲寄存器：32个16bit的寄存器组成， 编号为BFM#0～#31。

FX-4AD的BMF分配表 缺省值=8 BFM 内容 *#0 通道初始化 缺省设定值=H0000 *#1 通道1 取样平均次数 *#2 通道2 *#3 通道3 *#4 通道4 #5 平均值 #6 #7 #8 #9 当前值 #10 #11 #12

FX-4AD的BMF分配表 #13~*#19 不能使用 *#20 重置为缺省设定值 *#21 禁止零点和增益调整 缺省设定值=0，1（允许） BFM 内容 #13~*#19 不能使用 *#20 重置为缺省设定值 *#21 禁止零点和增益调整 缺省设定值=0，1（允许） *#22 零点和增益调整 *#23 零点值 缺省设定值=0 *#24 增益值 缺省设定值=5000 #25~*#28 空置 #29 出错信息 #30 识别码K2010 #31

CH4 CH3 CH2 CH1 通道初始化说明: 在BFM#0中写入16进制4位数字H△△△△ △=0: 设定输入范围-10V~+10V △=1: 设定输入范围+4mA~+20mA △=2: 设定输入范围-20mA~+20mA △=3: 关闭该通道 例: BFM#0=3310 CH1: 设定输入范围-10V~+10V CH2: 设定输入范围+4mA~+20mA CH3: 关闭该通道 CH4: 关闭该通道

输出 1000 输入 量程 零点

2）FX-2AD：2通道12位模拟量输出模块 各通道可以分别指定为-10V～+10V的电压输出（负载阻抗1K～1MΩ）或4mA～+20mA的电流输出（负载阻抗<500Ω）； 电压输出时的数字量输入范围分辨率为为-2048～+2047，电流输出时的数字输入范围为0～1000； 综合精度为满量程10V的±1%； 转换速度为18mS/2通道； 在软件上占8个I/O点; （即占基本单元映像表的8点）。 零点: 数字量输入为0时的输出值; 量程: 数字量输入为1000时的输出值.

1）编号：接在FX2基本单元右边的扩展总线上的特殊功能模块，从最靠近基本单元的那一个开始顺次编为0～7号。 2．模拟量输入输出的有关编程操作 当前值 FX2 FX-4AD FX-2DA 输出值 模拟量输入 模拟炼输出 模拟I/O模块连接 1）编号：接在FX2基本单元右边的扩展总线上的特殊功能模块，从最靠近基本单元的那一个开始顺次编为0～7号。 2）相关指令与缓冲寄存器：FX-4AD和FX-2AD都有一缓冲寄存器区，有32个16bit的寄存器组成，编号为BFM#0～#31。

3、模入模出的功能指令 1）读特殊功能模块 K、H KnX KnY KnM KnS T C D V、Z [D.] FROM FNC78 （P）（16/32） 读特殊功能模块 程序步数： FROM和FROM(P)——9步 (D) FROM和(D) FROM (P) ——17步 m1m2n m1：0~7，m2：0~31，n：0~32

模入模出的功能指令 特殊功能模块编号 BFM编号 字节数 m1 m2 [ D·] n K0 FROM K10 D10 K1 将0号特殊功能模块内10号缓冲器(BFM#10)开始的1个数据读到基本单元, 并存于D10中.

特殊功能模块 FX32M 模入 FX-8EX 模出 模出 #1 #2 #3 编号为#1的特殊单元 模拟量 [D.] n个字节 特殊单元的BFM PLC的字元件

2）写特殊功能模块 K、H KnX KnY KnM KnS T C D V、Z [S.] TO FNC79 （P）（16/32） 程序步数： TO和TO(P)——9步 (D) TO和(D) TO (P) ——17步 m1m2n m1：0~7，m2：0~31，n：0~32 n m1 m2 H2 TO K10 D20 K2 [ S·] 特殊功能模块编号 BFM编号 将D20、D21的内容写入2号特殊功能模块的10、11号缓冲器(BFM#10、 BFM#11) 中.

特殊功能模块 FX32M 模入 FX-8EX 模出 模出 #1 #2 #3 编号为#2的特殊单元 模拟量 [D.] n个字节 X0-X17 #1 X20-X27 #2 #3 编号为#2的特殊单元 模拟量 [D.] n个字节 特殊单元的BFM PLC的字元件

例子 从 特殊功能模块读入 模块NO.0中, BFM#30中的识别码送到D4. M8000 K0 FROM K30 D4 K1 K2010 CMP D4 M0 若识别码为2010(即为FX-4AD), 则M1为ON M1 K0 TO(P) H3300 H3300→BFM#0,CH1,CH2置为电压输入,CH3,CH4关闭 K1 通道初始化 K0 TO(P) K1 K4 K2 在BFM#1,BFM#2中设定计算平均值的取样为4次 CH1CH2 K0 FROM K29 K4M10 K1 BFM#29中的状态信息分别写到M25~M10中 K0 FROM K5 D0 K2 若没有出错, 则BFM#5和#6的内容将传送到D0,D1 无出错 READY M10 M18

H3331→BFM#0,CH1置为电流输入,CH2~CH4关闭 通道初始化 TO(P) K0 K0 H3331 K1 M1 在BFM#1中设定计算平均值的取样为4次 TO(P) K0 K1 K4 K2 在BFM#21的b1,b0设定为(0,1),可改动零点增益值 在BFM#24中设定增益值为10000(10mA) K0 FROM K29 K4M10 K1 BFM#29中的状态信息分别写到M25~M10中 K0 FROM K5 D0 K2 若没有出错, 则BFM#5和#6的内容将传送到D0,D1 无出错 READY M10 M18

例子 写入 特殊功能模块 模块NO.1中, BFM#30中的识别码送到D2. M8000 K1 FROM K30 D2 K3010 CMP 若识别码为3010(即为FX-2DA), 则M51为ON M51 K1 TO K0 H10 H10→BFM#0,CH1:电压输出,CH2:电流输出 将要输出的数据写入D0,D1 K1 TO D0 K2 在(D0)→BFM#1(CH1), (D1)→BFM#2(CH2) K1 FROM K29 K4M10 BFM#29中的状态信息分别写到M25~M10中 M20 若没有出错, 则BFM#5和#6的内容将传送到D0,D1 无出错 READY M10 M18 M3 输出范围正常

[S1]: 给定值(SV); [S2]: 反馈值(PV) [S3]: 参数( [S3]+6) 六、FX2N的PID功能指令（FNC88） K0 MOV(P) D107 X0 D0 PID D1 D100 D150 [S1] [S2] [S3] [D] 1、指令 2、PID指令所用参数 [S1]: 给定值(SV); [S2]: 反馈值(PV) [S3]: 参数( [S3]+6) * [S3]: 采样周期TS ; [S4]: 动作方向; [S5]: 输入滤波常数L(0~99%); * [S6]: 比例增益KP; *[S7]: 积分时间TI; [S7]: 微分增益αD L(0~100%); * [S8]: 微分时间TD 正反作用

[S3]+7 ~ [S3]+19: PID指令占用; [S3]+20 ~ [S3]+23: 输入/输出量增加/减少 的报警设置; [S3]+24的0~3位用于报警输出. 3、PID指令的应用范围： 定时中断 子程序 步进梯形指令区 转移指令中 注意：在执行PID指令之前，将[S3]+7 清零； PID指令可多次使用，但用于运算的数据寄存器的元件编号不能重复。

4、PID指令的算法 PID指令使用的是位置式输出的增量式PID算法； 控制算法中使用了： 反馈量的一阶惯性数字滤波（滤出测量值中混杂的干扰噪声）； 不完全微分（在微分部分增加一阶惯性数字滤波，既改善系统的动态特性，又避免引入高频干扰）； 反馈量微分（只考虑反馈量的微分，不加入给定值的变化，有利于系统的稳定）。 5、PID参数的整定（参见过程控制）

作业： 6.1，6.10，6.11