1.定值控制

不用控制结果信息，使调节量（被控量）保持所要求定值的控制，称开环定值控制。要实现这个控制，首先要弄清控制量及干扰量与调节（被控）量间的量化关系。

这个关系已在上一节作了讨论。弄清这个关系，就可方便地进行开环定值控制了。具体的办法是，根据要求得到的调节量，依它与控制量间的对应关系，决定要输出的控制量。

这样处理的不足是，无法考虑干扰量的影响。事实上，在多数情况下，存在各种干扰是不可避免的。这样，就很难得到较好的定值控制的效果。这也是开环控制用得较少的重要原因。

2.程序控制

这里讲的程序控制是指使被调节量按预定规律变化所作的控制。这预定规律可根据要求任意设计。

以下为两个电动机速度程序控制实例。在使用时，还须把这里的模拟量输出做功率放大，以加载给直流电动机，或用输出控制变频器输出频率，用变频器加载给交流电动机。此输出可理解为0～5或10V电压。此电压高，直流电压也高，或变频器的输出频率也高；用它驱动电动机时，电动机的转速也高。所以，控制此数值即可控制电动机速度。

（1）例1，程序控制电动机起动。

图3-24所示为和利时PLC程序。

图3-24中，节1为工作起动控制。一旦“start”ON，将使“WK”ON，并自保持。节2为调用定时功能块，以生成1ms间隔的时钟脉冲信号“T1.Q”。节3调用增计数功能块，用以计脉冲。它的计数设定值为3000，故当脉冲计到3000时，将复位。节4为输出控制，把计数功能块的现值（C1.CV）输出给“OO”。它是字变量，但与模拟量输出通道的地址关联（用变量声明实现，但图中没有示出）。节5为调用模拟量输出功能块，以使能模拟量输出模块。这样，当“start”ON，“WK”起动工作后，“T1.Q”脉冲信号，将使“C1.CV”、“OO”字的值从0开始逐步增大，进而也使模拟量模块的输出、增大变频器频率也从0开始逐步增大。再进而使由变频器所带动的电动机的转速从0开始逐步增大。电动机的这样起动过程，不仅平稳，而且也不会产生很大的起动电流，给电网造成冲击。大功率的电动机用软起动器起动，其目的也就是这个。

图3-24 和利时程序控制电动机起动程序

而当计数功能块计数到3000（此值可随变频器及模拟量输出模块的特性修改），即电动机到额定转速时，计数功能块复位，并由于“C1.Q”常闭触点的作用，将使“WK”OFF，起动过程完成。“OO”字的值不变，电动机进入正常工作。

（2）例2，程序控制电动机（通过变频器）加、减速。

控制要求如图3-25所示，即运动部件先作等加速度运动；增速到Max值时，速度保持这Max值，作等速运动；到总行程“行程快到”后，作等减速度运动；减速到Min值后，速度保持Min值，作等速运动，直到行程到“行程到”时，运动停止。

图3-25 运动速度与行程关系

图3-26所示为3种PLC实现这个控制的程序。

为了便于说明，图中用的都是符号地址，且3种PLC的符号名均相同。如图所示，“起动”信号ON后，“运行”将ON，并自保持。这时，由于“减小”OFF，其常闭触点ON，故“增加”ON。

“增加”ON，且D0或VW0小于Max时，将使100ms时间脉冲作用在加1（图3-26a为++，图3-26b、c为INC指令）十六进制数运算操作上，使数据存储器D0或VW0每经100ms，加1一次。而此D0或VW0的值总是传送给“输出”，因为它的传送条件总是P-On、SM0.0或M8000，均为常ON特殊继电器。图3-26a用的都是十六进制数，直接传送；图3-26b考虑到模拟量输出为“左对齐”，故作乘8（左移3位）传送；图3-26c则根据模拟量模块访问的特点，用相应访问指令传送。这样，由于D0或VW0值的增大，“输出”也将随之增大，因而所控制部件的速度将增速。

当D0或VW0增到Max值时，D0或VW0将保持Max值，不再增大。这时，部件将做等速运动。

当部件运动时，将产生“脉冲输入”信号。每输入一个脉冲，图3-26a将使D1加1，图3-26b、c则使增计数器C1加1。

当D1或C1增加到等于或大于“行程快到”值时，“减小”ON，其常闭触点将使“增加”OFF。同时，当V0或VW0大于Min时，将使100ms时间脉冲作用在减1（图3-26a为――，图3-26b、c为DEC指令）十六进制数运算操作上，使数据存储器D0或VW0每经100ms，减1一次。这样，由于D0或VW0值的减小，“输出”也将随之减小，因而所控制部件的速度将减速。

当D0或VW0减小到Min值时，D0或VW0将保持Min值，不再减小。这时，部件将作等速运动。

当运动到“行程到”值时，“停止”ON，其常闭触点将使“运行”OFF。D0、D1、C1或VW0回到0，整个控制完成。

另外，图3-26a的P-0-1s、图3-26c的M8012都是100ms的时间信号。而图3-26b，S7-200无此特殊继电器，只好用定时器T33的常闭触点控制自身的线圈产生此信号。

图3-26 运动程序控制程序

应指出的是，本例的开环控制指的是速度控制。而行程控制还是闭环的。部件运动行程用脉冲输入反馈。如果运动速度较快，脉冲频率较高，还可用高速计数器处理此过程，这将在本书第4章还会有所讨论。

3.比例控制

比例控制的实例如图3-27所示。它可使流量Q_b按比例K，跟随流量Q_a变化。图3-27为它的相应程序。

图3-27 比例控制梯形图程序

从图可知，图3-27a的“模出通道”的BCD码值为“三路模拟量BCD码”与“比例系数K”的乘积。再转换为十六进制，后再输出给“模出通道”，即可使“模出通道”控制的模拟量，按比例系数K，随“三路模拟量BCD码”的变化而变化。

图3-27b用的是十六进制数，只要“模拟量输入”、“模拟量输出”格式相同，无须转换，则把“比例系数K”与“模拟量输入”相乘，结果给“模拟量输出”就可以了。

图3-27c用的也是十六进制数。但要用RD3A（有的模块用FROM指令）指令先从模拟量输入模块取得“模拟量输入”数据（存于D0），把“比例系数K”与D0相乘，结果存于D2。再用WR3A（有的模块用TO指令）指令把D2的值写给模拟量输出模块。

图3-27d先是使能模拟量输出模块。接着只要WK（工作）ON，则把“OO”的值，即上述流量Qa控制值传送给“%QW4”（模拟量输出模块）。并把字“OO”乘以k后，赋值给“%QW6”（另一模拟量输出模块）。有了它，也可使“%QW6”的模拟量输出将为“%QW4”模拟量输出的K倍。

还可能实现多值比例控制。图3-28为与其对应的梯形图程序。这里有两个比例器K₁、K₂，都由输入量Q_a控制，以保证实现Q_b1=K₁Q_a、Q_b2=K₂Q_a的比例关系。

图3-28 多值比例控制梯形图程序

图3-28a的“模出通道1BCD码”、“模出通道2BCD码”值为“三路模拟量BCD码”与“比例系数K1”、“比例系数K2”的乘积。再经转换为十六进制数，然后输出给“模出通道1”、“模出通道2”，即可使“模出通道1”、“模出通道2”控制的模拟量，按比例系数K1、K2，随“三路模拟量BCD码”的变化而变化。

图3-28b用的都是十六进制数，把“比例系数K1”与“模拟量输入”相乘，结果给“模拟量输出1”、把“比例系数K2”与“模拟量输入”相乘，结果给“模拟量输出2”就可以了。

图3-28c用的也是十六进制数。但也要用RD3A（有的模块用FROM指令）指令先从模拟量输入模块取得“模拟量输入”数据（存于D0），把“系数K1”与D0相乘，结果存于D2、把“系数K2”与D0相乘，结果存于D4。再用WR3A（有的模块用TO指令）指令把D2、D4。的值指写给模拟量不同的输出模块。(www.daowen.com)

图3-28d先是使能模拟量输出模块。接着为字“OO”，即上述流量Q_a控制值传送给“%QW4”（模拟量输出模块）。并把字“OO”乘K1后，赋值给“%QW6”（另一模拟量输出模块），及把字“OO”乘K2后，赋值给“%QW8”（又另一模拟量输出模块）。有了它，也可使“%QW6”、“%QW8”的模拟量输出将分别为“%QW4”模拟量输出的K1、K2倍。

提示1：这里的乘后的“积”为双字，要确保它的“积”处在模出通道的有效值范围之内。

提示2：如K1、K2不是整数，可先把K1、K2乘10或乘100等，使其变成整数，然后再做这里的乘。得出结果后，再用双字长除指令，把“得出结果”的除10或100等，使最后的结果处在模出通道的有效值范围之内。

4.补偿控制

前面介绍的图3-6为前馈控制，也即这里的补偿控制。如图所示，加热物料流入量是容器温度的主要干扰因数。如用一传感器检测热物料流入量，并通过模入单元把检测到的这个量送入PLC，再由PLC按干扰规律对其进行处理（按扰动影响规律，把输入变换成相应的输出），然后再通过模出单元去控制蒸汽阀，即可实现调节蒸汽的前馈控制。从而使加热物料流入量对容器温度的干扰，得到相应补偿。

可看出，这里模入、模出、PLC及其处理程序，即为该图的前馈补偿器。而在这几项中，最难的是弄清扰动影响规律。

一般讲，确定扰动影响规律有两个方法：解析法，探求相应函数关系；实验法，检测一系列相关数据，建对应数表。

对简单的过程，如负载电流对直流发电机的输出电压的影响，用解析法就比较好求。因为

U_d=E-I_dR₀

U=U_d-ΔIR₀=E-（I_d+ΔI）R₀

式中 U_d——额定输出电压；

E——发电机电动势；

I_d——额定负载电流；

ΔI——实际电流与额定电流差值；

R₀——电机电枢电阻。

可知，负载电流对输出电压的扰动是线性的。要补偿它的扰动，可提高电动势E。而

E=CΦn

式中 C——电机常数，与电机的结构等因素有关；

Φ——激磁磁通；

n——电机转速。

在这3个量中，较便于处理的是增加辅助励磁线圈，以增加励磁磁通ΔΦ。如用这个辅助激磁磁通ΔΦ，所多得到的电动势ΔE正好等于ΔIR₀，则可使电流变化对电压的干扰得到补偿。即

ΔΦ=R₀÷（Cn）×ΔI

有了这个关系，把用模入单元检测到的ΔI值，按R₀÷（Cn）×ΔI关系，变换为ΔΦ，并送模出单元，去产生辅助激磁磁通。即可实现这个补偿。

这里的按R₀÷（Cn）×ΔI关系变换，对PLC来说，运用一些运算指令即可实现，并不难。

但是，如果找不出这些量之间解析关系，那只好用实验法。它的要点是，通过实验，逐个测出不同的扰动量时，要用多大的控制量，才能使系统的调节量达到期望值。然后，列出一个数表，存于PLC存储区中。

这种情况下的扰动补偿程序，就可根据扰动用这个数表实现补偿。图3-29即为4种PLC程序。

图3-29 补偿控制梯形图程序

从图可知，图3-29a，用了两条应用指令。一是“MOV”指令，用“一路模拟量BCD码”对指针赋值。另一为“BIN”指令，把指针指向的DM地址的内容，转换为十六进制数，再传送给“模拟量输出”。与图3-6对照，这里的“一路模拟量BCD码”与“物料流入量”对应，“模出通道”与“蒸汽流量”对应。

图3-29b用了4条应用指令。一是MOV-DW指令，读取VW100的地址。二是I-DI转换指令，把模拟量输入字转为双字。三是ADD-DI双字加指令，进行指针计算。四是MOV-W字传送指令，把指针指向地址的数据送“模拟量输出”。与图3-64对照，这里的“模拟量输入”与“物料流入量”对应，“模拟量输出”与“蒸汽流量”对应。

图3-29c也用了4条应用指令。一是RD3A指令，读取模拟量输入存于D0。二是MOV传送指令，把D0传送给变址器V0。三是MOV传送指令，从1000开始加变址器V0的值作寄存器D的地址的值传送给D2。四是WR3A写模拟量输出通道指令，把D2的值送“模拟量输出”。与图3-65对照，这里的D0与“物料流入量”对应，D2与“蒸汽流量”对应。

图3-29d用数组处理，先对所用变量声明如下：

具体程序先是，使能模拟量输入模块及模拟量输出模块。接着当工作控制信号“WK”ON时，读“%IW4”模拟量输入字的值，进而进行变换，并赋值给数组下标“indx”。目的是使原来的0～36535之间的变化范围，改变为在0～100之间变化。接着，把下标“indx”值的数组元素的值赋值给输出模块“%QW4”。这样，当检测到模拟量输入值时，将按数组预设的值输出，实现对扰动的补偿。

这里的程序较简单，但执行这程序前必须先对指针数据区赋值。有时，也可能还要作一些插值运算，以使控制输出更精确些。

应指出的是，这里讲的控制输出，都是用模拟量输出单元。其实，用脉宽可调的脉冲或比例可调ON/OFF继电输出也是可以的。

5.跟踪控制

跟踪控制是指控制输出能按一定规律，随输入的变化而变化。这在过程控制中也很常见。图3-30所示即为和利时PLC这样的程序。

图3-30中，节1为使能模拟量输入模块。节2为使能模拟量输出模块。节3为当工作控制信号“WK”ON时，先是读“%IW4”模拟量输入字的值，进而进行变换，并赋值给“yy”。目的是使原来的0～36535之间的变化范围，改变为在0～1000之间变化。接着，把“yy”值乘k，然后再变换到1～3277，这个模拟量输出模块“%QW4”的变化范围。这里，设k为1，所以，“yy”乘k后被1000除，如为2，则为被2000除，其余类推。

有了它，“%QW4”的模拟量输出模块的输出，将跟踪模拟量输入模块“%IW4”输入的变化。

图3-30 和利时PLC跟踪控制梯形图程序