电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月.

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1 电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月

2 S7-200系列PLC功能指令（自学） 表功能指令 数据转换指令 中断指令 高速计数器指令 高速脉冲输出指令 PID回路指令 时钟指令
传送指令 数学运算指令 逻辑运算指令 移位和循环移位指令

3 一、 表功能指令 指令 描述 ATT DATA，TABLE 填表 FND= TBL，PATRN，INDX 查表
FIFO DATA，TABLE 先入先出 LIFO DATA，TABLE 后入先出 FILL IN，OUT，N 填充

4 1．填表指令（ATT） 填表指令（Add To Table）向表（TBL）中增加一个字（DATA）表内的第一个数是表的最大长度（TL）,第二个数是表内实际的项数（EC）。新数据被放入表内上一次填入的数的后面。每向表内填入一个新的数据，EC自动加1。除了TL和EC外，表最多可以装入100个数据。TBL为WORD型，DATA为INT型。

5 填表指令的举例 执行ATT指令之前 执行ATT指令之后 图 填表指令的举例

6 2．查表指令 查表指令（Table Find）从指针INDX所指的地址开始查表TBL，搜索与数据PTN的关系满足CMD定义的条件的数据。 命令参数CMD=1~4，分别代表“=”、“＜＞”、“＜”、和“＞”。如果发现了一个符合条件的数据，则INDX指向该数据。要查找下一个符合条件的数据，再次启动查表之前，应先将INDX加1。如果没有找到，INDX的数值等于EC。一个表最多有100个填表数据，数据的 编号为0~99。 TBL和INDX为WORD型，PTN为INT型，CMD为字节型。

7 查表指令操作举例 LD I2.1 FND-VW202,16#3130,AC1 图　查表指令操作举例

8 3．先入先出（FIFO）指令 先入先出（First In First Out）指令从表（TBL）中移走最先放进的第一个数据（数据0），并将它送入DATA指定的地址，表中剩下的各项依次向上移动一个位置。每次执行此指令，表中的项数EC减1。TABLE为INT型，DATA为WORD型。

9 先入先出指令的应用 执行前 　LIFO执行后 图　先入先出指令举例

10 4．后入先出（LIFO）指令 后入先出（Last In First Out）指令从表（TBL）中移走最后放进的数据，并将它送入DATA指定的位置，剩下的各项依次向上移动一个位置。每次执行此指令 ，表中的项数EC减1。TABLE为INT型，DATA为WORD型。

11 后入先出指令的应用 LIFO执行前 LIFO执行后 图 后入先出指令的应用举例

12 5．存储器填充指令 存储器填充指令FILL（Memory Fill）用输入值（IN）填充从输出OUT开始的N个字，字节型整数N=1~255。图7－26中的FILL指令将0填入VW200~VW219，IN和OUT为WORD型。 图 填充指令

13 6．读写实时时钟指令 读写实时时钟指令TODR(Time of Day Read)从时钟读取当前时间和日期，并把它们装入以T为起始地址的8个字节缓冲区，依次存放年、月、日、时、分、秒、0和星期、时间和日期的数据类型为字节型 。 图 时钟指令

14 二、转换指令 转换指令是对操作数的类型进行转换，并输出到指定的目标地址中去。转换指令包括数据的类型转换、数据的编码和译码指令以及字符串类型转换指令。 1、BCD码与整数之间的转换 2．双字整数转换为实数 3．四舍五入取整指令 4．截位取整指令 5．整数与双整数的转换 6．字节与整数的转换指令

15 转换指令如图： 图 转换指令 图 转换指令

16 7．译码指令 8．段译码指令 D0 D1 D2 D5 D4 D3 D6 SEG EN IN ENO OUT 图 段译码指令

17 三、中断指令 （一）中断源 S7-200系列可编程控制器最多有34个中断源， 1．中断源 （1）通信中断
PLC的自由通信模式下,通信口的状态可由程序来控制 （2）I/O中断 I/O中断包括外部输入中断、高速计数器中断和脉冲 串输出中断。 （3）时间中断 时间中断包括定时中断和定时器中断。

18 2．中断优先级 中断优先级由高到低依次是：通信中断、输入输出中断、时基中断。 在PLC应用系统中通常有多个中断源。当多个中断源同时向CPU申请中断时，要求CPU能将全部中断源按中断性质和处理的轻重缓急进行排队，并给予优先权。 3．CPU响应中断的顺序 PLC中，CPU响应中断的顺序可以分以下三种情况： （1）当不同的优先级的中断源同时申请中断时，CPU响应中断请求的顺序为从优先级高的中断源到优先级低的中断源。 （2）当相同优先级的中断源申请中断时，CPU按先来先服务的原则响应中断请求。

19 （3）当CPU正在处理某中断，又有中断源提出中断请求时，新出现的中断请求按优先级排队等候处理，当前中断服务程序不会被其他甚至更优先级的中断程序打断。任何时刻CPU只执行一个中断程序。
（二）中断控制 经过中断判优后，将优先级最高的中断请求送给CPU，CPU响应中断后自动保存逻辑堆栈、累加器和某些特殊标志寄存器位，即保护现场。中断处理完成后，又自动恢复这些单元保存起来的数据，即恢复现场。

20 中断指令如图 图 中断指令

21 三、中断程序(中断服务程序 ) 中段程序是为处理中断事件而事先编好的程序。中断程序不是由程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。 注意: (1)在中断程序中禁止使用DISI、ENI、HDEF、LSCR、END指令。 (2)中断程序最后一条指令一定是无条件返回指令RETI(省略),也可以是有条件返回指令CRETI结束中断程序。

22 查表8-2可知，I0.1上升沿产生的中断事件号为2。 所以在主程序中用ATCH指令将事件号2和中断程序0连接起来，并全局开中断。
分析： 查表8-2可知，I0.1上升沿产生的中断事件号为2。 所以在主程序中用ATCH指令将事件号2和中断程序0连接起来，并全局开中断。

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24 【例】编程完成采样工作，要求每10ms采样一次
分析： 完成每10ms采样一次，需用定时中断，查表8-2可知，定时中断0的中断事件号为10。 因此在主程序中将采样周期（10ms）即定时中断的时间间隔写入定时中断0的特殊存储器SMB34，并将中断事件10和INT-0连接，全局开中断。 在中断程序0中，将模拟量输入信号读入。

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26 【例】利用定时中断功能编制 一个程序，实现如下功能：
当I0.0由OFF→ON，Q0.0亮1s，灭1s，如此循环反复直至I0.0由ON→OFF，Q0.0变为OFF。

27 五、高速处理指令* 一） 高速计数器 1. 高速计数器介绍
高速计数器在程序中使用时的地址编号用HCn来表示（在非程序中有时用HSCn），HC表编程元件名称为高速计数器，n为编号。

28 1）高速计数器输入端的连接 高速计数器中断事件大致分为3类：当前值等于预设值中断、输入方向改变中断和外部复位中断。所有高速计数器都支持当前值等于预设值中断。 31 22

29 2） 高速计数器的工作模式

30 高速计数器有6种编号,12种工作模式. HSC0和HSC4有模式0、1、3、4、6、7、8、9、10；

31 3）高速计数器的控制字和状态字

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33 2.高速计数器的使用 每个高速计数器都有固定的特殊功能存储器与之相配合，完成高速计数功能。

34 3.高速计数指令 （1）HDEF指令 HDEF，定义高速计数器指令。使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式，即用来建立高速计数器与工作模式之间的联系。 梯形图指令盒中有两个数据输入端： HSC，高速计数器编号，为0~5的常数，字节型； MODE，工作模式，为0~11的常数，字节型。

35 （2）HSC指令 HSC，使用高速计数器指令。 使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位的状态，并按照HDEF指令指定的工作模式，设置高速计数器并控制其工作。 梯形图指令盒数据输入端N：高速计数器编号，为0~5的常数，字型。

36 4.高速计数器使用原理 原理: 每个高速计数器都有一个32位当前值和一个32位预置值，当前值和预设值均为带符号的整数值。要设置高速计数器的新当前值和新预置值，必须设置控制字节令其第五位和第六位为1，允许更新预置值和当前值，新当前值和新预置值写入特殊内部标志位存储区。然后执行HSC指令，将新数值传输到高速计数器。

37 5.高速计数器指令初始化 （1）用首次扫描时接通一个扫描周期的特殊内部存储器SM0.1去调用一个子程序，完成初始化操作。
（2） 在初始化的子程序中，根据希望的控制设置控制字（SMB37、SMB47、SMB137、SMB147、SMB157） （3）执行HDEF指令，设置HSC的编号（0-5），设置工作模式（0-11）。 （4） 用新的当前值写入32位当前值寄存器（SMD38，SMD48，SMD58 ，SMD138， SMD148， SMD158）。 （5）用新的预置值写入32位预置值寄存器（SMD42 ，SMD52， SMD62， SMD142 ，SMD152， SMD162） (6)、 (7) 、(8)中断事件（事件13、14、15）与一个中断程序相联系。 （9）执行全局中断允许指令（ENI）允许HSC中断 （10）执行HSC指令使S7-200对高速计数器进行编程。 （11）结束子程序。

38 例 高速计数器的应用举例 （1）主程序 （2）初始化的子程序
用首次扫描时接通一个扫描周期的特殊内部存储器SM0.1去调用一个子程序，完成初始化操作。 （2）初始化的子程序 定义HSC1的工作模式为模式11（两路脉冲输入的双相正交计数，具有复位和起动输入功能），设置SMB47=16#F8（允许计数，更新新当前值，更新新预置值，更新计数方向为加计数，若为正交计数设为4×，复位和起动设置为高电平有效）。HSC1的当前值SMD48清零，预置值SMD52=50，当前值 = 预设值，产生中断（中断事件13），中断事件13连接中断程序INT-0。

39 （2）初始化的子程序

40 （3）中断程序INT_0

41 二）高速脉冲输出 1.高速脉冲输出介绍

42 2.高速脉冲串输出PTO （1）周期和脉冲数 （2）PTO的种类 （3）中断事件类型 （4）PTO的使用

43 3.应用实例 （1）控制要求 步进电机转动过程中，要从A点加速到B点后恒速运行，又从C点开始减速到D点，完成这一过程时用指示灯显示。电机的转动受脉冲控制，A点和D点的脉冲频率为2kHz，B点和C点的频率为10kHz，加速过程的脉冲数为400个，恒速转动的脉冲数为4000个，减速过程脉冲数为200个。

44 （2）程序实现 确定脉冲发生器及工作模式 设置控制字节 写入周期值、周期增量值和脉冲数 装入包络表首地址 中断调用 执行PLS指令 （3）分析 本控制系统主程序、初始化子程序SBR_1、包络表子程序、中断程序组成。

45 例 设置控制字节 用Q0.0作为高速脉冲输出，对应的控制字节为SMB67，如果希望定义的输出脉冲操作为PTO操作，允许脉冲输出，多段PTO脉冲串输出，时基为ms，设定周期值和脉冲数，则应向SMB67写入2# ，即16#AD。 通过修改脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器SM区（包括控制字节），既更改PTO或PWM的输出波形，然后再执行PLS指令。 注意：所有控制位、周期、脉冲宽度和脉冲计数值的默认值均为零。向控制字节（SM67.7或SM77.7）的PTO/PWM允许位写入零，然后执行PLS指令，将禁止PTO或PWM波形的生成。

46 对输出的影响 PTO/PWM生成器和输出映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。在Q0.0或Q0.1使用PTO或PWM功能时，PTO/PWM发生器控制输出，并禁止输出点的正常使用，输出波形不受输出映像寄存器状态、输出强制、执行立即输出指令的影响；在Q0.0或Q0.1位置没有使用PTO或PWM功能时，输出映像寄存器控制输出，所以输出映像寄存器决定输出波形的初始和结束状态，即决定脉冲输出波形从高电平或低电平开始和结束，使输出波形有短暂的不连续，为了减小这种不连续有害影响，应注意： （1）可在起用PTO或PWM操作之前，将用于Q0.0和Q0.1的输出映像寄存器设为0。 （2）PTO/PWM输出必须至少有10%的额定负载，才能完成从关闭至打开以及从打开至关闭的顺利转换，即提供陡直的上升沿和下降沿。

47 PTO的使用 PTO是可以指定脉冲数和周期的占空比为50%的高速脉冲串的输出。状态字节中的最高位（空闲位）用来指示脉冲串输出是否完成。可在脉冲串完成时起动中断程序，若使用多段操作，则在包络表完成时起动中断程序。 （1）周期和脉冲数 周期范围从50微秒至65,535微秒或从2毫秒至65,535毫秒，为16位无符号数，时基有µs和ms两种，通过控制字节的第三位选择。注意： 如果周期< 2个时间单位，则周期的默认值为2个时间单位。 周期设定奇数微秒或毫秒（例如75毫秒），会引起波形失真。 脉冲计数范围从1至4,294,967,295，为32位无符号数，如设定脉冲计数为0，则系统默认脉冲计数值为1。

48 （2）PTO的种类及特点 PTO功能可输出多个脉冲串，现用脉冲串输出完成时，新的脉冲串输出立即开始。这样就保证了输出脉冲串的连续性。PTO功能允许多个脉冲串排队，从而形成流水线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。 单段流水线是指：流水线中每次只能存储一个脉冲串的控制参数，初始PTO段一旦起动，必须按照对第二个波形的要求立即刷新SM，并再次执行PLS指令，第一个脉冲串完成，第二个波形输出立即开始，重复此这一步骤可以实现多个脉冲串的输出。 单段流水线中的各段脉冲串可以采用不同的时间基准，但有可能造脉冲串之间的不平稳过渡。输出多个高速脉冲时，编程复杂。

49 表 包络表的格式 注意：周期增量值Δ为整数微秒或毫秒 从包络表起始地址的字节偏移 段 说明 VBn
段数（1～255）；数值0产生非致命错误，无PTO输出 VBn+1 段1 初始周期（2至65 535个时基单位） VBn+3 每个脉冲的周期增量Δ（符号整数： 至32 767个时基单位） VBn+5 脉冲数（1至 ） VBn+9 段2 初始周期（2至65535个时基单位） VBn+11 VBn+13 VBn+17 段3 VBn+19 每个脉冲的周期增量值Δ（符号整数： 至32 767个时基单位） VBn+21

50 多段流水线的特点是编程简单，能够通过指定脉冲的数量自动增加或减少周期，周期增量值Δ为正值会增加周期，周期增量值Δ为负值会减少周期，若Δ为零，则周期不变。在包络表中的所有的脉冲串必须采用同一时基，在多段流水线执行时，包络表的各段参数不能改变。多段流水线常用于步进电机的控制。

51 步进电机的控制要求如图所示。从A点到B点为加速过程，从B到C为恒速运行，从C到D为减速过程。
例 根据控制要求列出PTO包络表 步进电机的控制要求如图所示。从A点到B点为加速过程，从B到C为恒速运行，从C到D为减速过程。 图 步进电机的控制要求

52 在本例中：流水线可以分为3段，需建立3段脉冲的包络表。起始和终止脉冲频率为2 kHz，最大脉冲频率为10 kHz ，所以起始和终止周期为500 µs，与最大频率的周期为100 µs。1段：加速运行，应在约200个脉冲时达到最大脉冲频率；2段：恒速运行，约（ ）=3600个脉冲；3段：减速运行，应在约200个脉冲时完成。 某一段每个脉冲周期增量值Δ用以下式确定： 周期增量值Δ=（该段结束时的周期时间-该段初始的周期时间）/该段的脉冲数 用该式，计算出1段的周期增量值Δ为-2 µs，2段的周期增量值Δ为0，3段的周期增量值Δ为2 µs。假设包络表位于从VB200开始的V存储区中，包络表如下表所示。

53 表 包络表 在程序中的用指令可将表中的数据送入V变量存储区中。 V变量存储器地址 段号 参数值 说明 VB200 3 段数 VB201 段1
表 包络表 V变量存储器地址 段号 参数值 说明 VB200 3 段数 VB201 段1 500 µs 初始周期 VB203 -2 µs 每个脉冲的周期增量Δ VB205 200 脉冲数 VB209 段2 100µs VB211 VB213 3600 VB217 段3 VB219 2 µs VB221 在程序中的用指令可将表中的数据送入V变量存储区中。

54 （3）多段流水线PTO初始化和操作步骤 用一个子程序实现PTO初始化，首次扫描（SM0.1）时从主程序调用初始化子程序，执行初始化操作。以后的扫描不再调用该子程序，这样减少扫描时间，程序结构更好。 初始化操作步骤如下： ①首次扫描（SM0.1）时将输出Q0.0或Q0.1复位（置0），并调用完成初始化操作的子程序。 ②在初始化子程序中，根据控制要求设置控制字并写入SMB67或SMB77特殊存储器。如写入16#A0（选择微秒递增）或16#A8（选择毫秒递增），两个数值表示允许PTO功能、选择PTO操作、选择多段操作、以及选择时基（微秒或毫秒）。 ③将包络表的首地址（16位）写入在SMW168（或SMW178）。

55 ④在变量存储器V中，写入包络表的各参数值。一定要在包络表的起始字节中写入段数。在在变量存储器V中建立包络表的过程也可以在一个子程序中完成，在此只须调用设置包络表的子程序。
⑤设置中断事件并全局开中断。如果想在PTO完成后，立即执行相关功能，则须设置中断，将脉冲串完成事件（中断事件号19）连接一中断程序。 ⑥执行PLS指令，使S7-200为PTO/PWM发生器编程，高速脉冲串由Q0.0或Q0.1输出。 ⑦退出子程序。

56 例 PTO指令应用实例 编程实现例8-6中的步进电机的控制
分析： 编程前首先选择高速脉冲发生器为Q0.0，并确定PTO为3段流水线。 设置控制字节SMB67为16#A0表示允许PTO功能、选择PTO操作、选择多段操作、以及选择时基为微秒，不允许更新周期和脉冲数。 建立3段的包络表（上例），并将包络表的首地址装入SMW168。 PTO完成调用中断程序，使Q1.0接通。PTO完成的中断事件号为19。 用中断调用指令ATCH将中断事件19与中断程序INT-0连接，并全局开中断。 执行PLS指令，退出子程序。 本例题的主程序，初始化子程序，和中断程序如下图所示。

57 主程序 LD SM0.1// 首次扫描时，将Q0.0复位 R Q0.0 1 CALL SBR_0//调用子程序0

58 子程序0 // 写入PTO包络表 LD SM0.0 MOVB 3 VB200 // 将包络表段数设为3 // 段1： MOVW +500 VW201 //段1的初始循环时间设为500ms MOVW -2 VW203 //段1的Δ设为-2 ms MOVD +200 VD205 //段1的脉冲数设为200 // 段2： MOVW +100 VW209 //段2的初始周期设为100 ms MOVW +0 VW211 //段2的Δ设为0 ms MOVD VD213 //段2中的脉冲数设为3600 // 段3： MOVW +100 VW217 //段3的初始周期设为100ms MOVW +1 VW219 //段3的Δ设为1ms MOVD +200 VD221 //段3中的脉冲数设为200 LD SM0.0 MOVB 16#A0, SMB67 // 设置控制字节 MOVW , SMW168 // 将包络表起始地址指定为V200 ATCH INT_0, // 设置中断 ENI // 全局开中断 PLS // 起动PTO，由Q0.0输出

59 中断程序0 LD SM // PTO完成时，输出Q1.0 = Q1.0 图 主程序，初始化子程序，中断程序

60 六、PWM的使用* PWM是脉宽可调的高速脉冲输出，通过控制脉宽和脉冲的周期，实现控制任务。 （1）周期和脉宽
周期和脉宽时基为：微秒或毫秒，均为16位无符号数。 周期的范围从50微秒至65,535微秒，或从2毫秒至65,535毫秒。若周期 < 2个时基，则系统默认为两个时基。 脉宽范围从0微秒至65,535微秒或从0毫秒至65,535毫秒。若脉宽>= 周期，占空比=100%，输出连续接通。若脉宽= 0，占空比为0%，则输出断开。 （2）更新方式 有两种改变PWM波形的方法：同步更新和异步更新。 同步更新：不需改变时基时，可以用同步更新。执行同步更新时，波形的变化发生在周期的边缘，形成平滑转换。

61 异步更新：需要改变PWM的时基时，则应使用异步更新。异步更新使高速脉冲输出功能被瞬时禁用，与PWM波形不同步。这样可能造成控制设备震动。
①用首次扫描位（SM0.1）使输出位复位为0，并调用初始化子程序。这样可减少扫描时间，程序结构更合理。 ②在初始化子程序中设置控制字节。如将16#D3（时基微秒）或16#DB（时基毫秒）写入SMB67 或SMB77，控制功能为：允许PTO/PWM功能、选择PWM操作、设置更新脉冲宽度和周期数值、以及选择时基（微秒或毫秒）。

62 ③在SMW68或SMW78中写入一个字长的周期值。
⑤执行PLS指令，使S7-200为PWM发生器编程，并由Q0.0或Q0.1输出。 ⑥可为下一输出脉冲预设控制字。在SMB67或SMB77中写入16#D2（微秒）或16#DA（毫秒）控制字节中将禁止改变周期值，允许改变脉宽。以后只要装入一个新的脉宽值，不用改变控制字节，直接执行PLS指令就可改变脉宽值。 （4）退出子程序。

63 【例】PWM应用举例 设计程序，从PLC的Q0.0输出高速脉冲。该串脉冲脉宽的初始值为0.1s，周期固定为1s，其脉宽每周期递增0.1s，当脉宽达到设定的0.9s时，脉宽改为每周期递减0.1s，直到脉宽减为0。以上过程重复执行。 分析：因为每个周期都有操作，所以须把Q0.0接到I0.0，采用输入中断的方法完成控制任务，并且编写两个中断程序，一个中断程序实现脉宽递增，一个中断程序实现脉宽递减，并设置标志位，在初始化操作时使其置位，执行脉宽递增中断程序，当脉宽达到0.9s时，使其复位，执行脉宽递减中断程序。在子程序中完成PWM的初始化操作，选用输出端为Q0.0，控制字节为SMB67，控制字节设定为16#DA（允许PWM输出，Q0.0为PWM方式，同步更新，时基为ms，允许更新脉宽，不允许更新周期）。程序如图8-16所示。

64 （a）主程序

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66 （b）子程序

67 （c）中断程序

68 七、PID控制* 一、PID指令 1. PID算法
运行PID控制指令，S7-200将根据参数表中的输入测量值、控制设定值及PID参数，进行PID运算，求得输出控制值。 参数表中有9个参数，全部为32位的实数，共占用36个字节。PID控制回路的参数表如下表所示。

69 表 PID控制回路的参数表 地址偏移量 参数 数据格式 参数类型 说明 过程变量当前值PVn 双字 ，实数 输入
过程变量当前值PVn 双字 ，实数 输入 必须在0.0至1.0范围内。 4 给定值SPn 必须在0.0至1.0范围内 8 输出值Mn 输入/输出 在0.0至1.0范围内 12 增益Kc 比例常量，可为正数或负数 16 采样时间Ts 以秒为单位，必须为正数 20 积分时间Ti 以分钟为单位，必须为正数。 24 微分时间Td 28 上一次的积分值Mx 0.0和1.0之间（根据PID运算结果更新） 32 上一次过程变量PVn-1 最近一次PID运算值

70 典型的PID算法包括三项：比例项、积分项和微分项。即：输出=比例项+积分项+微分项。计算机在周期性地采样并离散化后进行PID运算，算法如下：
Mn=Kc*（SPn-PVn）+Kc*（Ts/Ti）*（SPn-PVn）+Mx+Kc*（Td/Ts）*（PVn-1-PVn） 其中各参数的含义已在表8-15中描述。 比例项Kc*（SPn-PVn）：能及时地产生与偏差（SPn-PVn）成正比的调节作用，比例系数Kc越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高，但Kc过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。 积分项Kc*（Ts/Ti）*（SPn-PVn）+Mx：与偏差有关，只要偏差不为0，PID控制的输出就会因积分作用而不断变化，直到偏差消失，系统处于稳定状态，所以积分的作用是消除稳态误差，提高控制精度，但积分的动作缓慢，给系统的动态稳定带来不良影响，很少单独使用。从式中可以看出：积分时间常数增大，积分作用减弱，消除稳态误差的速度减慢。 微分项Kc*（Td/Ts）*（PVn-1-PVn）：根据误差变化的速度（既误差的微分）进行调节具有超前和预测的特点。微分时间常数Td增大时，超调量减少，动态性能得到改善，如Td过大，系统输出量在接近稳态时可能上升缓慢。

71 2. PID控制回路选项 在很多控制系统中，有时只采用一种或两种控制回路。例如，可能只要求比例控制回路或比例和积分控制回路。通过设置常量参数值选择所需的控制回路。 （1）如果不需要积分回路（即在PID计算中无“I”），则应将积分时间Ti设为无限大。由于积分项Mx的初始值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。 （2）如果不需要微分运算（即在PID计算中无“D”），则应将微分时间Td设定为0.0。 （3）如果不需要比例运算（即在PID计算中无“P”），但需要I或ID控制，则应将增益值Kc指定为0.0。因为Kc是计算积分和微分项公式中的系数，将循环增益设为0.0会导致在积分和微分项计算中使用的循环增益值为1.0。

72 3. 回路输入量的转换和标准化 每个回路的给定值和过程变量都是实际数值，其大小、范围和工程单位可能不同。在PLC进行PID控制之前，必须将其转换成标准化浮点表示法。步骤如下： （1）将实际从16位整数转换成32位浮点数或实数。下列指令说明如何将整数数值转换成实数。 XORD AC0,AC0 //将AC0清0 ITD AIW0, AC0 //将输入数值转换成双字 DTR AC0, AC0 //将32位整数转换成实数

73 2）将实数转换成0.0至1.0之间的标准化数值。用下式：
实际数值的标准化数值=实际数值的非标准化数值或原始实数/取值范围 +偏移量 其中：取值范围=最大可能数值-最小可能数值=32 000（单极数值）或64 000（双极数值） 偏移量：对单极数值取0.0，对双极数值取0.5 单极（0～32000），双极（-32000～32000） 如将上述AC0中的双极数值（间距为64,000）标准化： /R , AC0 //使累加器中的数值标准化 +R 0.5, AC //加偏移量0.5 MOVR AC0, VD100 //将标准化数值写入PID回路参数表中。

74 4. PID回路输出转换为成比例的整数 程序执行后，PID回路输出0.0和1.0之间的标准化实数数值，必须被转换成16位成比例整数数值，才能驱动模拟输出。 PID回路输出成比例实数数值=（PID回路输出标准化实数值-偏移量）*取值范围 程序如下： MOVR VD108, AC0 //将PID回路输出送入AC0。 -R 0.5, AC //双极数值减偏移量0.5 *R , AC0 //AC0的值*取值范围，变为成比例实数数值 ROUND AC0，AC0 //将实数四舍五入取整，变为32位整数 DTI AC0, AC0 //32位整数转换成16位整数 MOVW AC0, AQW0 //16位整数写入AQW0

75 5. PID指令 PID指令：使能有效时，根据回路参数表（TBL）中的输入测量值、控制设定值及PID参数进行PID计算。格式如表8-16所示。 说明： （1）程序中可使用八条PID指令，分别编号0-7，不能重复使用。 （2）使ENO = 0的错误条件：0006（间接地址），SM1.1（溢出，参数表起始地址或指令中指定的PID回路指令号码操作数超出范围）。 （3）PID指令不对参数表输入值进行范围检查。必须保证过程变量和给定值积分项前值和过程变量前值在0.0和1.0之间。

76 表 PID指令格式 LAD STL 说明 PID TBL，LOOP TBL：参数表起始地址VB， 数据类型：字节

77 二、PID控制功能的应用 1. 控制任务 一恒压供水水箱，通过变频器驱动的水泵供水，维持水位在满水位的70%。过程变量PVn为水箱的水位（由水位检测计提供），设定值为70%，PID输出控制变频器，即控制水箱注水调速电机的转速。要求开机后，先手动控制电机，水位上升到70%时，转换到PID自动调节。 2. PID回路参数表，如下表所示。

78 表 恒压供水 PID控制参数表 地址 参数 数值 VB100 过程变量当前值PVn 水位检测计提供的模拟量经A/D转换后的标准化数值
给定值SPn 0.7 VB108 输出值Mn PID回路的输出值（标准化数值） VB112 增益Kc 0.3 VB116 采样时间Ts 0.1 VB120 积分时间Ti 30 VB124 微分时间Td 0（关闭微分作用） VB128 上一次积分值Mx 根据PID运算结果更新 VB132 上一次过程变量PVn-1 最近一次PID的变量值

79 2. 程序分析 （1）I/O分配 手动/自动切换开关I 模拟量输入AIW 模拟量输出AQW0 （2）程序结构 由主程序，子程序，中断程序构成。主程序用来调用初始化子程序，子程序用来建立PID回路初始参数表和设置中断，由于定时采样，所以采用定时中断（中断事件号为10），设置周期时间和采样时间相同（0.1s），并写入SMB34。中断程序用于执行PID运算，I0.0=1时，执行PID运算，本例标准化时采用单极性（取值范围32000）。

80 3. 语句表程序 主程序 LD SM0.1 CALL SBR_0 子程序（建立PID回路参数表，设置中断以执行PID指令） LD SM0.0 MOVR 0.7, VD104 // 写入给定值(注满70%) MOVR 0.3, VD112 // 写入回路增益（0.25） MOVR 0.1, VD116 // 写入采样时间（0.1秒） MOVR , VD120 // 写入积分时间（30分钟） MOVR 0.0, VD124 // 设置无微分运算 MOVB 100, SMB34 // 写入定时中断的周期100ms ATCH INT_0, // 将INT-0（执行PID）和定时中断连接 ENI // 全局开中断

81 中断程序（执行PID指令） LD SM0.0 ITD AIW0, AC // 将整数转换为双整数 DTR AC0, AC // 将双整数转换为实数 /R , AC0 // 标准化数值 MOVR AC0, VD100 // 将标准化PV写入回路参数表 LD I0.0 PID VB100, //PID指令设置参数表起始地址为VB100， MOVR VD108, AC0 // 将PID回路输出移至累加器 *R , AC0 // 实际化数值 ROUND AC0, AC0 // 将实际化后的数值取整 DTI AC0, AC // 将双整数转换为整数 MOVW AC0, AQW0 // 将数值写入模拟输出

82 4. 梯形图程序 图 恒压供水 PID控制

83 八、时钟指令* 利用时钟指令可以实现调用系统实时时钟或根据需要设定时钟，这对控制系统运行的监视、运行记录及和实时时间有关的控制等十分方便。时钟指令有两条：读实时时钟和设定实时时钟。指令格式如下表所示。

84 表 读实时时钟和设定实时时钟指令格式 LAD STL 功能说明 TODR T
表 读实时时钟和设定实时时钟指令格式 LAD STL 功能说明 TODR T 读取实时时钟指令：系统读取实时时钟当前时间和日期，并将其载入以地址T起始的8个字节的缓冲区 TODW T 设定实时时钟指令：系统将包含当前时间和日期以地址T起始的8个字节的缓冲区装入PLC的时钟 输入／输出T的操作数： VB, IB, QB, MB, SMB, SB, LB, *VD, *AC, *LD；数据类型：字节

85 指令使用说明： （1）8个字节缓冲区（T）的格式如下表所示。所有日期和时间值必须采用BCD码表示，例如：对于年仅使用年份最低的两个数字，16#05代表2005年；对于星期，1代表星期日，2代表星期一，7代表星期六，0表示禁用星期。

86 （3）不能同时在主程序和中断程序中使用TODR/TODW指令，否则，将产生非致命错误（0007），SM4.3置1。
表 8字节缓冲区的格式 地址 T T+1 T+2 T+3 T+4 T+5 T+6 T+7 含义 年 月 日 小时 分钟 秒 星期 范围 00～99 01～12 01～31 00～23 00～59 0～7 （2）S7-200 CPU不根据日期核实星期是否正确，不检查无效日期，例如2月31日为无效日期，但可以被系统接受。所以必须确保输入正确的日期。 （3）不能同时在主程序和中断程序中使用TODR/TODW指令，否则，将产生非致命错误（0007），SM4.3置1。 （4）对于没有使用过时钟指令或长时间断电或内存丢失后的PLC，在使用时钟指令前，要通过STEP-7软件“PLC”菜单对PLC时钟进行设定，然后才能开始使用时钟指令。时钟可以设定成与PC系统时间一致，也可用TODW指令自由设定。

87 【例】编写程序，要求读时钟并以BCD码显示秒钟。
说明： 时钟缓冲区从VB0开始，VB5中存放着秒钟，第一次用SEG指令将字节VB100的秒钟低四位转换成七段显示码由QB0输出，接着用右移位指令将VB100右移四位，将其高四位变为低四位，再次使用SEG指令，将秒钟的高四位转换成七段显示码由QB1输出。

88 LD SM0.1 TODR VB0 MOVB VB5, VB100 SEG VB100, QB0 SRB VB100, 4 SEG VB100, QB1 图 读时钟并以BCD码显示秒钟

89 【例】编写程序，要求控制灯的定时接通和断开。
要求18：00时开灯，06：00时关灯。时钟缓冲区从VB0开始。程序如下图所示。 网络1 读实时时钟，“小时”在VB3 LD SM0.0 TODR VB0 网络2 18点之后，6点之前开灯，时间 用BCD码 LDB>= VB3, 16#18 OB<= VB3, 16#06 = Q0.0 图 控制灯的定时接通和断开程序

90 学习要求 小结：通过本讲的学习，重点掌握PLC的特殊功能类指令。 作业:用所学指令系统设计个简单控制。