運動控制合集plc的pid運算及

1、PLC 的工作流程1、系統(tǒng)初始化：一般小型 PLC 的系統(tǒng)初始化主要是進行初始化、設置、查找擴展模塊等；2、掃描輸入：掃描 IO 輸入信號；3、執(zhí)行邏輯：根據用戶 PLC 程序執(zhí)行邏輯；4、家務管理：PLC、和其它系統(tǒng)程序執(zhí)行；5、掃描輸出：將邏輯執(zhí)行的結果輸出；6、通信管理單元：通信服務程序，響應編程其它通信任務。PLC 運行方式：由上面可以看到 PLC 的運行是一種循環(huán)掃描的運行方式，實際上 PLC 還有定時掃描和中斷掃描共三種掃描方式。循環(huán)掃描：PLC 按上圖循環(huán)執(zhí)行；定時掃描：PLC 根據用戶設置的時間定時掃描，比方說 50ms 掃描一次，使用這種掃描方式，用戶需要保證用戶程序在設定時

2、間內一定能掃描完畢，一般 PLC 使用定時中斷和子程序結合起來實現(xiàn)這個功能（這種情況下與中斷掃描方式并無不同），但在 IO 掃描方面會有一些細微的不同，很可能會用到立即刷新 IO 的功能塊 UpData_IO。中斷掃描：中斷掃描根據外部或者中斷的激活中斷掃描程序的運行。比方說外部 IO 中斷、高速計數中斷、定時中斷等。十九、溫控、變頻Proportional,egral andDerivative）是閉環(huán)控制中最常用的一種算法，在包括溫控、水泵、張力、伺服閥、運控等行業(yè)得到了廣泛的應用，但因為每個應用的對象特性都不一樣，這就要求調試工程師允分了解的控制原理，才能把的應用好。原理：是由比例、微分

3、、積分三個部分組成的，在實際應用中經常只使用其中的一項或者兩項，如 P、PI、PD、等。從控制原理來說，當一個控制對象，希望控制的輸出達到設定的值，通常會使可以選用應該選用用開環(huán)或者閉環(huán)控制，如果控制對象的響應很穩(wěn)定不會受到其它環(huán)節(jié)的影響，開環(huán)控制。反之如果被控對象受到設定值、負載或者源端的影響而產生波動，閉環(huán)控制。下圖是一個溫控的原理圖：執(zhí)行周期(1/10 秒)范例比例控制（P）：比例控制是最常用的控制之一，這也是最符合人的感觀的一種控制，比方說控制一個加熱器的恒溫 100 度，當開始加熱時，離目標溫度相差比較遠，這時通常會加大加熱，使溫度快速上升，當溫度超過 100 度時，函數則關閉輸出，

4、通常會使用這樣一個e(t) = SP y(t);u(t) = e(t)*PSP設定值e(t)誤差值y(t)反饋值u(t)輸出值P比例系數滯后性不是很大的控制對象使用比例控制方式就可以滿足控制要求，但很多被控對象中因為有滯后性。比方說塑膠擠出機，如果設定溫度是 200 度，當采用比例方式控制時，如果 P 選擇比較大，則會出現(xiàn)當溫度達到 200 度輸出為 0 后，溫度仍然會止不住的向上爬升，比方說升至230 度，當溫度超過 200 度太多后又開始回落，盡管這時輸出開始出力加熱，但溫度仍然會向下跌落一定的溫度才會止跌回升，比方說降至 170 度，最后整個系統(tǒng)會穩(wěn)定在一定的范圍內進行振蕩。如果這個振蕩

5、的幅度是允許的比方說家用電器的控制，那則可以選用比例控制，很多傳統(tǒng)的家用空調和常會發(fā)現(xiàn)家用空調始終是間歇工作的，當開始制冷時通常會感到越來越冷，當空調停止時又會感到溫度越來越高，它采用的則是比例控制比例值太小時的控制效果圖：如果比例值太小，反饋值始終到不了設定值（靜態(tài)誤差）就達到了平衡（如果是加熱的話就是說散熱與P*e(t)加熱達到了一個平衡）比例值太大時的控制效果圖：如果比例值太大，則被控對象會出上圖所示的振蕩，當然振蕩點不一定是在設定值，而會根據被控對象的不同或者 P 值的大小而在某個位置進行振蕩。這對于大多數的控制對旬來說是不允許的。比例積分控制（PI）：積分的存在是針對比例控制要不就是

6、有差值要不就是振蕩的這種特點與比例一塊進行控制，也就是 PI 控制。改進，它常其公式有很多種，但大多差別不大，標準公式如下：u(t) = Kp*e(t) + Kie(t) +u0u(t)輸出Kp比例放大系數Ki積分放大系數e(t)誤差u0控制量基準值（基礎偏差）大家可以看到積分項是一個歷史誤差的累積值，如果光用比例控制時，知道要不就是達不到設定值要不就是振蕩，在使用了積分就可以解決達不到設定值的靜態(tài)誤差問題，比方說一個控制中使用了 PI 控制后，如果存在靜態(tài)誤差，輸出始終達不到設定值，這時積分項的誤差累積值會越來越大，這個累積值乘上 Ki 后會在輸出的中越占越多，使輸出u(t)越來越大，最終達

7、到消除靜態(tài)誤差的目的。PI 兩個結合使用的情況下，的調整方式如下：1、先將 I 值設為 0，將 P 值放至比較大，當出現(xiàn)穩(wěn)定振蕩時，再減小 P 值直到 P值不振蕩或者振蕩很小為止（術語叫臨界振蕩狀態(tài)），在有些情況下，還可以在些 P 值的基礎上再加大一點。2、加大 I 值，直到輸出達到設定值為止。3、等系統(tǒng)冷卻后，再重上電，看看系統(tǒng)的超調是否過大，加熱速度是否太慢。通過上面的這個調試過程，可以看到 P 值主要可以用來調整系統(tǒng)的響應速度，但太大會增大超調量和穩(wěn)定時間；而 I 值主要用來減小靜態(tài)誤差。標準的公式在溫控等響應較慢的系統(tǒng)中會存在積分項導致過沖的情況，這是因為在輸出已是 100%開了）開始

8、加熱后，盡管這時輸出已調整最大（比方說固態(tài)繼電器的但這時的溫度仍然只能緩慢上升，這時的積分增加得很快，當溫度達到設定值后，這時盡管比例項已輸出為 0，但是積分項仍然會因為其累積值很高而有較大的輸出，導致溫度超調。的 V80 中，通過改進的遇限消弱積分法等措施很好的解決了這個問題，使積分項在輸出全開時停止積分，減少了積分對于這種大時延系統(tǒng)的影響?？刂疲阂驗?PI 系統(tǒng)中的 I 的存在會使整個控制系統(tǒng)的響應速度受到影響，為了解決這個問題，在控制中增加了 D 微分項，微分項主要用來解決系統(tǒng)的響應速度問題，其完整的公式如下：u(t) = Kp*e(t) + Kie(t) + Kde(t) e(t-1)

9、+u0在模擬電路中的微分常數是與特征頻率相關系的，而在數字離散中的微分項實際上是有一些問題的，因為其只計算了兩次誤差的差值，而實際的模擬或者用戶需要的理想微分公式應該是要對其進行展寬的，只有展寬的 D 值才能真正的起到很好的效果。微分項在控制系統(tǒng)中起到減少超調降低振蕩的作用，但因為微分項本身對于干擾很敏感，所以在使用微分項時要慎重。在的調試過程中，應注意以下步驟：1、關閉 I 和 D，加大 P，使其產生振蕩；2、減小P，找到臨界振蕩點；3、加大 I，使其達到目標值；4、重新上電看超調、振蕩和穩(wěn)定時間是否吻合要求；5、針對超調和振蕩的情況適當的增加一些微分項；6、 注意所有調試均應在最大爭載的情

10、況下調試，這樣才能保證調試完的結果可以在全工作范圍有效；位置與增量：前所說的公式均是位置，也稱為全量，這在溫控、閥門控制、水泵控制中最常用到，另一種公式稱之為增量其公式如下：u(t) = u(t) u(t-1)這在運動控制中最常使用，其輸出是兩次機的位置控制可以采用這種方式。運算結果的差值，一般的步進或者伺服電二十一、運動控制運動控制是近些年的熱門，精密定位、恒速控制、恒力矩控制等在各種裝備中的應用越來越廣泛，這對于控制器的要求也越來越高。對于運動控制，大家比較常用的包括步進電機、伺服電機，除此之外伺服閥、數字等都屬于同一類的控制方式。在這些運控系統(tǒng)中又根據控制對象的不同分為位置控制、速度控制

11、、力矩控制三大類。其中步進電機只能應用于位置控制，而伺服則可以應用于這三類中的任一種控制方式。一般可以使用的運動控制器或者 PLC 來實現(xiàn)運動控制功能，在運動控制系統(tǒng)中一般來說的運動控制器如數控系統(tǒng)等會更為專業(yè)功能更強，對于插補、G 指令的支持會更好。比方說高檔的數控系統(tǒng)可能會支持以下的功能：用戶用 CAD 畫完圖后轉換成 G 代碼下載給控制器，控制器就可以執(zhí)行對應的 G 代碼完成整個控制過程。而 PLC 相對而言是一個更為通用的控制，一般通過功能塊來實現(xiàn)運動控制功能，V80增強系列（/S）對于兩軸的位置控制有很強的支撐，可以滿足絕大多數運動控制要求的環(huán)境，V80 的速度控制和力矩控制一般使用

12、 E6MAD 擴展模塊來實現(xiàn)，在這里是 CPU 模塊本身的位置控制功能。提到的運動控制21.1、位置控制基礎在裝備控制中有相當多的場合需要用到位置定位控制，如各種機床、收卷排線、紙張電纜管材的定長裁剪、包裝、印刷等。位置控制的實現(xiàn)，通常是通過步進電機和伺服電機來達到的，下面以步進電機來描述。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制

13、變的非常的簡單。PLC 正是利用步進電機的這種特性來實現(xiàn)位置控制功能的，PLC 與步進電機之間的接口為脈沖接口，稱之為 PTO。脈沖與位置的關系：需要步進電機轉動 90 度，而步進電機的步距角為 0.3 度的，那么比方的脈沖輸出個數就應該為 300 個，當 300 個脈沖輸出完畢后電機正好旋轉 90 度停止。步進電機的啟動和：實際的應用中需要考慮到步進電機在帶載的情況下無法高速啟動，所以需要步進電機在啟動時使用較低的脈沖頻率，然后逐步速度，否則會有失步和過沖的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時一般的步進電機使用場合都是開環(huán)的，一旦出現(xiàn)了失步和過沖則是不可恢復的誤差。（伺服電機這種情況要好一些但在負載太大的情況下仍

14、然會有啟動不了的現(xiàn)象）為了防止出現(xiàn)失步和過沖的情況通常會讓步進電機在低速啟動后再逐步速度，在加速過程中，最好的是 S 型加速，S 型加速的加速度是線性的，這對于機械和電機來說是最吻合其特性的。在實際的應用中，大多數是采用的線性加也是足夠了的。，這對于大多數的應用來說步進電機的正反轉：運控系統(tǒng)中的正反轉是很常用的方式，由于步進電機沒有帶反饋裝置，所以步進電機不適合高速的正反轉，一般而言，在空載的情況下行程在 100 個脈沖往反轉，步進電機的正反轉頻率只能達到 10 次/秒以下（大多數的在 5 次/秒以下），伺服電機的正反轉頻率可以達到 50 次/秒以下（剛性要調得比較高）。不同廠商的電機不同，主

15、要與慣量的大小有關系。正反轉時，需要很好的加控制的支持，否則會出現(xiàn)失步和過沖的情況，伺服系統(tǒng)還會出現(xiàn)還沒到位就開始反轉的情況。在實際的應用之中還常用接近開關、光電開關、編、光柵尺來與步進電機配合完成位置控制。這些方法中可以分為兩大類一類是開關型定位，一類是坐標定位。開關型定位：包括接近開關、光電開關、接觸開關等，這些開關最常用的是安置在原點，用來標零和消除累積誤差。這些系統(tǒng)在上電后一般都有找原點的動作過程，通常都是上電后向一個方向運動找到原點后標定原點坐標，然后開始正常工作。坐標定位：這一類的控制采用編、光柵尺、電子尺（模擬電壓接口）之類的，其中又分為絕對編碼和相對編碼兩類，顧名思義絕對編碼的

16、輸出信號是絕對坐標，通常是并行的總線，而相對編碼的輸出信號只是串行的脈沖信號，因為絕對編相對編碼。比較貴，所以大多數的現(xiàn)場都使用相對編碼的信號有 AB 相、方向脈沖、上下脈沖三大類AB 相又分為*1、*2、*4 三種細分方式，*1，表示 AB 相各來一個脈沖計數值加或減 1，*2表示 AB 相的任一上升沿加或減 1，*4 表示 AB 相的任一脈沖的上升沿或者下降沿均加或減 1。 V80 的 AB 相脈沖計數方式只支持*4 的細分方式。大多數的編均是 AB 相的信號，或者是 ABZ 信號，ABZ 信號相對于 AB 相信號多了一個 Z 信號線，用來標示編的零點，編每轉一圈出一個脈沖。電子尺：電子尺

17、多用在各種距離計量的裝備上面，比方說注塑機的射膠電子尺、合模電子尺等。電子尺可采用脈沖接口或者模擬量接口（電位器），PLC 需要通過模擬量輸入模塊來采樣，但是大多數 PLC 的模擬量輸入模塊的響應速度太慢現(xiàn)場的要求（通常的采樣周期在100mS 左右）。V80 的高速模擬量擴展模塊 E6MAD 可以達到 mS 的采樣周期，所以可以用來實現(xiàn)高速的模擬量電子尺接口。基本上大多數運動控制都可以由上面的功能組合而成，對這些概念有一個基本的認識是正確使用運動控制功能的前提。21.2、V80 的運動控制功能：V80 對運動控制有著強大的支持：硬高速計數：2 路 ABZ 脈沖、方向脈沖、上下脈沖；速度 50K

18、HZ；（增強型 V80）軟高速計數：6 路方向脈沖；單路可以達到 10KHZ，6 路可以達到 2KHZ；（所有 V80）高速脈沖輸出：2 路 PTO；速度 50KHZ；（增強型 V80）定時中斷：2 路；（所有 V80）外部 DI 中斷：6 路；（所有 V80）以上的功能都是在運動控制中比較常用的功能，用戶在使用過程中需要合理的選擇的使用這些功能。21.3、硬高速計數：V80 系列 PLC 中具有增強功能（用“/S”表示）的 CPU 本體單元提供 2 組通道的高速計 數器功能，可以輸入頻率最大為 50kHz 的高速脈沖，而不影響 CPU 性能。V80 可支持 3 種不同的輸入類型(A-B 相,

19、方向脈沖和上下脈沖)，外部觸發(fā)可設置為計數器復位和啟/?？刂?。其特性如下：l 2 個輸入通道(輸入頻率最大為 50kHz，2 路獨立的 ABZ、上下、方向模式)；l 帶有測頻率的功能l 高速計數輸入接口與普通 I/O 口復用，對應關系分別為：DI 輸入端 01 對應于第一路高速計數的 A1 相、02-B1 相、03-Z1、04-A2 相、05-B2 相、06-Z2。其中，0106 為普通 I/O口，A1、B1 相和 A2、B2 相以及 Z1、Z2 為高速計數輸入接口；l 3 種輸入類型 (A-B 相, 方向脈沖和上下脈沖)；l 32 位硬件計數器；l 輸入電平 DC 20V26V（50KHz）

20、，DC9V26V（10KHz 以下）；l V80 的小而影響速度；硬高速計數是不依賴于 CPU的，所以在使用時不會因為用戶程序的大l 在使用硬高速計數的同時這些 IO 口的 DI 功能并不受影響；Z 線為外部觸發(fā)信號，可以設置為三種方式：高速計數無效（此時，I/O 接口 0106 僅作為普通 I/O 口使用）、暫停控制和復位控制。高速計數支持比較和飽和兩種計數模式。l 比較模式：從預置值開始計數，計數值到達上下限時，復位計數值為預置值，并繼續(xù)計數，此時，在高速計數運行指令（HSCRUN）會輸出一個計數溢出標志。l 飽和模式：計數值到達上下限時，計數器就會因飽和而停止計數。如果停止計數后，出現(xiàn)反

21、向脈沖輸入時（如圖 2.17 所示），計數器就會脫離飽和狀態(tài)而進行逆向計數，即，由原來的計數值遞增變?yōu)檫f減，或由原來的計數值遞減變?yōu)檫f增。高速計數信號對應與工作模式表：wPL W rld硬高速計數的功能塊描述請參見V80 系列 PLC手冊，包速計數設置功能塊HSCSET 和高速計數運行功能塊 HSCRUN，前者主要用于設置高速計數的工作模式，后者用于啟動和停止高速計數器，同時還可以顯示當前脈沖的頻率。在高速計數運行前必需運行一次設置功能塊。21.4、脈沖輸出：V80 系列 PLC 中具有增強功能（用“/S”表示）的 CPU 本體單元提供 2 個通道(P1 和 P2)的高速脈沖輸出（PTO）功能

22、(必須在 V+和 V-端子另加外部 24V 的電源)，每個脈沖輸出通道都可以單獨產生高速脈沖串輸出（PTOPulse TrainOutput）或產生脈沖寬度調制輸出（Pulse Width Modulated）。高速脈沖輸出特性如下：l 2 個輸出通道(最大輸出頻率: 50kHz)l 2 種輸出類型 (可獨立設置為 PTO 和)l 32 位脈沖輸出數據l輸出電平為 DC 18V24V（V+和 V-輸入電壓范圍為 DC 24V15%）l每一路PTO 輸出都可綁定一個普通 I/O 作為方向信號l可綁定高速計數的外部觸發(fā)（Z 線）信號作為快速硬件暫停使能信號（1） PTO 輸出方式PTO 輸出方式的脈沖輸出占空比為 50%，并可設置輸出的脈沖數量和周期時間?？蛇x擇us 和 ms 兩種基準時間，脈沖周期設置范圍為 165535 個基準時間。PTO 方式又分為普通、平滑和多段三種工作模式。普通模式：32 位脈沖數輸出（即 1 到 4,294,967,295），具有兩段接續(xù)輸出功能，在當前段輸出的同時可預先設置下一段參數，當前段輸出完成后接續(xù)