PLC模拟量单闭环控制系统的组成

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    典型的plc模拟量单闭环控制系统如图1所示，虚线中的部分是用PLC实现的。

    图1    PLC模拟量单闭环控制系统方框图

    在模拟量闭环控制系统中，被控量c(t)（例如压力、温度、流量或转速等）是连续变化的模拟量，大多数执行机构（例如晶闸管调速装置、电动调节阀和变频器等）要求PLC输出模拟信号mv(t)，而PLC的CPU只能处理数字量。c(t)首先被测量元件（传感器）和变送器转换为标准的直流电流信号或直流电压信号pv(t)，例如4~20mA，1~5V或0~10V，PLC用A/D转换器将他们转换为数字量pv(n)。

    模拟量与数字量之间的相互转换和PID程序的执行都是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期Ts。各数字量括号中的n表示该变量是第n次采样计算时的数字量。

    图1中的sp(n)是给定值，pv(n)为A/D转换后的反馈量，误差ev(n)=sp(n)-pv(n)。

    D/A转换器将PID控制器输出的数字量mv(n)转换为模拟量（直流电压或直流电流）mv(t)，再送去控制执行机构。

    例如在加热炉温度闭环控制系统中，用热电偶检测炉温，温度变送器将热电偶输出的微弱电压信号转换为标准量程的电流或电压，然后送给模拟量输入模块，经A/D转换后得到与温度成比例的数字量。CPU将它与温度设定值比较，并按某种控制规律（例如PID控制算法）对误差进行运算，将运算结果（数字量）送给模拟量输出模块，经D/A转换后变为电流信号或电压信号，用来控制电动调节阀的开度，通过它控制加热用的天然气的流量，实现对温度的闭环控制。c(t)为系统的输出量，即被控量，例如加热炉中的温度。

    模拟量控制系统分为恒值控制系统和伺服系统。恒值控制系统的给定值由操作人员提供，一般很少变化，例如温度控制系统和转速控制系统等。伺服系统的输入量是不断变化的随机变量，例如高射炮的瞄准控制系统和电动调节阀的开度控制系统。闭环负反馈控制可以使控制系统的反馈量pv(n)等于或跟随给定值sp(n)。以炉温控制系统为例，假设输出的温度值c(t)低于给定的温度值，反馈量pv(n)小于给定值sp(n)，误差ev(n)为正，控制器的输出量mv(t)将增大，使执行机构（电动调节阀）的开度增大，则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给定值。

    如天然气压力的波动、工件进入加热炉等这些因素称为扰动量，它们会破坏炉温的稳定。闭环控制可以有效地抑制闭环中各种扰动的影响，使被控量趋近于给定值。

    闭环控制系统的结构简单，容易实现自动控制，因此在各个领域都得到了广泛的应用。