倍福模块专营    

S7-200 SMART 的 EM AE04 是 4 通道模拟量输入模块（支持 0~10V 或 4~20mA 信号），可通过采集压力变送器的模拟量信号，结合 PLC 程序中的 PID 控制算法 实现压力的精确调节。以下是具体编程步骤和实现方法：

一、硬件连接与参数配置

1. 硬件连接

• 压力变送器与 EM AE04 连接：压力变送器输出 4~20mA 电流信号（常用），对应压力量程（如 0~1MPa），将其接入 EM AE04 的某一通道（如通道 0）：

• 变送器 “+” 接 EM AE04 通道 0 的 “I+”（电流输入正）；

• 变送器 “-” 接 EM AE04 通道 0 的 “I-”（电流输入负）；

• 确保变送器供电正常（通常 DC24V，与 PLC 共地）。

• 执行机构连接：控制压力的执行机构（如比例阀、变频水泵）通常需要模拟量输出信号（如 4~20mA 或 0~10V），可通过 S7-200 SMART 的模拟量输出模块（如 EM AQ02）连接，输出信号控制执行机构的开度 / 转速。

2. EM AE04 模块参数配置

在 STEP 7-Micro/WIN SMART 软件中配置模块参数，确保模拟量信号正确转换：

1. 打开软件，进入 “系统块” → “模拟量输入”；

2. 选择 EM AE04 模块的位置（如 “EM 1”），设置通道 0 的信号类型为 4~20mA（与变送器匹配）；

3. 勾选 “量程转换”，将 4~20mA 信号对应到 PLC 内部的数字量范围（0~27648）。

• 例如：4mA 对应数字量 5530，20mA 对应 27648，线性转换。

二、压力信号的采集与转换

EM AE04 采集的模拟量信号需转换为实际压力值（如 MPa），用于 PID 控制和显示。

1. 读取模拟量输入值

通过 AIW 指令读取 EM AE04 通道 0 的原始值（数字量）：

plaintext

// 读取通道 0 的模拟量值（4~20mA 对应 5530~27648）
LD     SM0.0
MOVW   AIW0, VW100  // VW100 存储原始数字量

2. 将数字量转换为实际压力值

假设压力变送器量程为 0~1MPa，4~20mA 对应 0~1MPa，通过线性公式转换：$\text{实际压力}=\frac{(\text{原始值}-5530)\times 1}{27648-5530}$在程序中用 SCALE_X 指令（缩放指令）实现：

plaintext

// 转换 VW100（5530~27648）为压力值（0~1000，单位：kPa，便于整数运算）
LD     SM0.0
MOVW   VW100, VW102       // 输入值
MOVW   +5530, VW104       // 输入最小值（4mA）
MOVW   +27648, VW106      // 输入最大值（20mA）
MOVW   +0, VW108          // 输出最小值（0kPa）
MOVW   +1000, VW110       // 输出最大值（1000kPa = 1MPa）
CALL   SCALE_X, 0         // 执行缩放，结果存入 VW112（实际压力，单位：kPa）

• 结果 VW112 即为当前压力值（如 500 表示 0.5MPa）。

三、PID 控制实现精确压力调节

通过 S7-200 SMART 内置的 PID 向导 生成 PID 控制逻辑，根据目标压力与实际压力的偏差，调节执行机构输出。

1. PID 向导配置

1. 打开 STEP 7-Micro/WIN SMART，点击 “工具” → “PID 向导”；

2. 选择 PID 回路（如回路 0），点击 “下一步”；

3. 设置输入参数：

• 过程变量（PV）：选择 “模拟量输入”，地址为转换后的实际压力（VW112）；

• PV 量程：0~1000（对应 0~1MPa）；

4. 设置输出参数：

• 输出类型：选择 “模拟量输出”（控制比例阀 / 变频器），地址为 EM AQ02 的输出通道（如 AQW0）；

• 输出量程：0~27648（对应 4~20mA 或 0~10V，与执行机构匹配）；

5. 设置 PID 基本参数：

• 比例增益（P）：初始设为 5~10（根据系统响应调整）；

• 积分时间（I）：初始设为 10~50s（消除静态偏差）；

• 微分时间（D）：初始设为 0（滞后较小时可不启用）；

6. 生成 PID 块（如 PID0），完成配置。

2. PID 控制程序编写

调用生成的 PID 块，实现压力闭环控制：

plaintext

// 主循环：每 100ms 执行一次 PID 调节（周期可根据系统响应调整）
LD     SM0.0
AN     M0.0           // 禁止手动模式时执行自动 PID
CALL   PID0, 0        // 调用 PID 回路 0

// 设置目标压力（如 0.6MPa = 600kPa，可通过 HMI 修改 VW200）
LD     SM0.0
MOVW   VW200, PID0.Setpoint  // VW200 为目标压力设定值

// 手动/自动切换（M0.0=1 时手动控制输出）
LD     M0.0
MOVW   VW300, AQW0   // VW300 为手动输出值（0~27648）

四、参数优化与精确控制技巧

1. PID 参数调试：

• 若压力波动大（超调严重），减小比例增益（P），增大积分时间（I）；

• 若压力响应慢（滞后大），增大比例增益（P），减小积分时间（I）；

• 可通过 “临界比例法” 整定：逐步增大 P 至系统出现等幅振荡，记录临界 P 值和周期，再按经验公式计算 P、I、D。

2. 滤波处理：模拟量信号可能受干扰导致波动，可对采集的原始值进行滤波：

   plaintext

3. // 简单滑动平均滤波（取最近 3 次值的平均）
   LD     SM0.0
   MOVW   AIW0, VW400    // 存储当前值
   ITD    VW400, VD402
   ITD    VW402, VD406   // 前一次值
   ITD    VW404, VD410   // 前两次值
   DADD   VD402, VD406, VD414
   DADD   VD414, VD410, VD418
   DIV    VD418, +3, VD422  // 平均值
   DTI    VD422, VW100     // 滤波后的值存入 VW100

4. 死区设置：当实际压力与目标压力的偏差小于某一值（如 ±5kPa）时，停止调节，避免执行机构频繁动作：

   plaintext

5. // 偏差 = 目标值 - 实际值
   LD     SM0.0
   SUBW   PID0.Setpoint, VW112, VW500
   ABS    VW500, VW502     // 取绝对值
   LDW>=  VW502, +5       // 偏差＞5kPa 时允许 PID 输出
   MOVB   1, M1.0
   LDW<   VW502, +5       // 偏差≤5kPa 时保持当前输出
   MOVB   0, M1.0

五、监控与报警

1. 压力显示：将转换后的实际压力（VW112）通过 HMI 画面实时显示（单位：MPa）。

2. 报警设置：当压力超出上限（如 1.1MPa）或下限（如 0.1MPa）时，触发报警输出（如 Q0.0 驱动报警灯）：

   plaintext

3. // 高压报警
   LD     SM0.0
   LDW>   VW112, +1100    // 1100kPa = 1.1MPa
   S      Q0.0, 1
   // 低压报警
   LD     SM0.0
   LDW<   VW112, +100     // 100kPa = 0.1MPa
   S      Q0.1, 1

总结

通过 EM AE04 模块采集压力信号，经转换后送入 PID 控制回路，结合执行机构的模拟量输出，可实现压力的精确调节。核心步骤包括：模拟量信号采集与转换→PID 参数配置与调试→滤波与死区优化。实际应用中需根据系统响应特性（如管道容积、执行机构速度）逐步优化 PID 参数，确保压力稳定在目标值（误差通常可控制在 ±1% 以内）。