当前课程知识点：电气控制技术与PLC > 第8章 模拟量控制程序设计 > 8.1模拟量控制概述 > 模拟量控制概述
大家好
这一讲 我们一起来学习一下PLC模拟量控制
主要从模拟量概念
模拟量采集转换模块
PLC模拟量控制过程
以及模拟量控制类型进行简单介绍
首先 我们先来了解下什么是模拟量
模拟量指一些连续变化的物理量
如电压 电流 温度 压力 流量 液位等
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
因此 要求PLC具有处理模拟信号的能力
接下来
我们讨论一下模拟量采集 转换
常用到的一些模块
先来了解下模拟量采集常用到的模块
传感器
它是将相应的物理量信号转换为电信号
主要有温度传感器 压力传感器 流量传感器
液位传感器以及其他类型的传感器
如果传感器输出的是非标准信号
那么还需要变送器
将其转换成标准的电压 电流信号
国际标准的电压信号为DC1~5V
电流为4~20mA
如图所示这两种温度变送器
就是工业控制中非常常用的类型
因为PLC内部数据的处理均为数字量
因此处理模拟量必须要经过转换
S7-200 SMART PLC的模拟量模块
既有将模拟量转换成数字量的模块
也有将数字量转换成模拟量的模块
具体外观
如图所示
使用时将该模块插到PLC本体的右侧
了解了模拟量控制相关的模块
下面我们一起讨论PLC模拟量控制过程
一个完整的模拟量PLC控制
主要分为三个阶段
模拟量信号采集
非标准电信号转换为标准电信号
以及A/D和D/A转换
具体来看
其过程是 用传感器采集信息
并由变送器把它变换成标准电信号
进而送到模拟量输入模块
模拟量输入模块把标准电信号
转换成PLC可处理的数字信息
PLC按要求对此信息进行处理
并产生相应的控制信息
接下来分为两种情况
一种是PLC运算后
直接驱动输出继电器
从而驱动开关量负载
另一种情况是送入模拟量输出模块
实现D/A转换
再以标准的模拟量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
施加到被控对象上
需要注意的是
这里采集处理的信息
可能是调节量
也可能是干扰量
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
而干扰量可以用前馈控制
我们先来讨论下反馈控制的原理
如图所示
采集处理的模拟量是调节量
这里的传感器不断地监测被控对象的调节量
接着把它送给模拟量输入单元
PLC程序把模拟量输入单元送来的反馈值
即实测值与系统预定的设定值进行比较
即实测值与系统预定的设定值进行比较
进而产生控制量
再经模拟量输出单元
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
它基于扰动补偿原理
依扰动的情况作相应控制
如图为它的工作原理图
由图可知
传感器监测的是扰动量
送入模拟量输入模块后
经过A/D转换
PLC程序产生相应的控制量
进而再通过模拟量输出单元
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
以上讨论的是完整的模拟量控制过程
既有模入（AI）
又有模出（AO）
是较复杂的
有时 也可不用那么完整的模拟量控制
要具体情况具体分析
最后 我们来讨论一下PLC模拟量控制类型
对于PLC的控制类型
我们可按控制模拟量的方法来分
有单回路反馈控制 串级控制等
对于单回路反馈控制
它只有一个控制回路
是闭环的
先来看最简单的ON/OFF控制
其方法是
把检测到的模拟量实际值与设定值进行比较
当实际值超过设定值到某界限时
其执行回路ON
而低过某界限时
执行回路OFF
有时也可用处理后的偏差信号调节控制输出ON
与OFF的比例
以实现控制
这种控制仅输入用模拟单元
而输出则用开关量
适合控制要求不高的场合
在工业控制中
最常采用的控制方法是PID控制
它由传感器 模拟量输入单元 PLC程序
模拟量输出单元
及执行器组成
PID控制对偏差作PID运算
然后产生控制输出
当然 也可只有P PD或PI的控制
视系统的要求而定
PID运算可用PLC的数学运算指令实现
较高档的PLC多有PID指令
或PID函数块
可直接用这个指令
或调用这个函数块实现
总的来说
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
接下来 我们讨论一下串级控制
串级控制有主副两个控制回路
主回路与副回路原理框图
如图所示
从图知 它的主回路的给定值按要求给定
主调节器的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
那么 单回路和串级控制的区别在哪呢
我们举个例子来说明一下
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
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
根据炉温去确定副调节器给定值
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
提醒一下
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
此外 还有前馈控制 比值控制 均匀控制
分程控制 智能控制等控制方法
也都可用PLC予以实现
在此就不具体讨论了
本讲到此结束
谢谢大家
-1.1 低压电器简介
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-1.2 低压开关电器
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-1.3 主令电器
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-1.6 继电器（一）热继电器和速度继电器
-1.7 继电器（二）时间继电器
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-2.3 三相异步电动机降压起动控制(一)
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-2.11 电气控制线路的设计方法
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-3.1 电气控制电路图的绘制（一）
-3.2 电气控制电路图的绘制（二）
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-小测验
-4.1 认识PLC
--认识PLC
-4.2 PLC组成及工作原理
-4.3 S7-200 SMART PLC硬件介绍（上）
-4.4 S7-200 SMART PLC硬件介绍（下）
-4.5 STEP 7-Micro/WIN SMART编程软件（上）
--STEP 7-MicroWIN SMART编程软件（上）
-4.6 STEP 7-Micro/WIN SMART编程软件（下）
--STEP 7-MicroWIN SMART编程软件（下）
-小测验
-5.1 PLC编程语言与程序结构
-5.2 指令基础
--指令基础
-5.3 位逻辑指令
--位逻辑指令
-5.4 PLC编程规则与技巧
-5.5 定时器指令的工作原理
-5.6 定时器指令应用举例
-5.7 计数器指令的工作原理
-5.8 计数器指令的应用
--计数器指令应用
-小测验
-6.1 功能指令概述
--功能指令概述
-6.2 数据处理指令（一）：比较指令与数据传送指令
-6.3 数据处理指令（二）：数据转换指令
--数据转换指令
-6.4 数据处理指令（三）：表格指令和时钟指令
-6.5 算术运算指令及其应用
-6.6 逻辑运算指令及其应用
-6.7 程序控制指令：跳转指令、循环指令
-6.8 子程序的编写与调用
-6.9 中断程序与中断指令
-6.10 高速计数器指令与高速脉冲输出指令(一）
-6.11 高速计数器指令与高速脉冲输出指令(二）
-小测验（一）
-小测验（二）
-小测验（三）
-7.1 梯形图的经验设计法
-7.2 顺序控制设计法与顺序功能图概述
-7.3 顺序功能图的基本结构和绘制方法
-7.4 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法
-7.5 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法
-7.6 使用置位复位指令的顺序控制梯形图设计法
-小测验
-8.1模拟量控制概述
--模拟量控制概述
-8.2模拟量输入输出配置及数值的规范化
-8.3PID控制指令
--PID控制指令
-8.4水箱水位PID控制程序举例
-小测验
