三菱PLC FX5U 内置PID控制函数的使用方法和应用案例
一、案例任务控制要求描述三相异步马达带不同负载时，转速会产生不同的压降。比如说：两级电机的额定转速是3000rpm，但是实际上它并不能达到额定转速，这是因为在运行过程中会收到摩擦力、离心力等影响，就会产生转速压降。由于带了不同的负载，就会产生不同的速度。
现在电机想要恒速保持在1000rpm，如果不加任何负载，1000rpm是没有问题的，但是加上不同负载之后该怎么让电机恒速呢？此时就需要进行闭环控制，闭环控制就需要用到PID技术。利用编码器通过FX5U本身自带的高速脉冲接口，将电机的频率传动给PLC，PLC通过自身内部的PID指令控制驱动变频器提高或降低频率的输出。如图1-1所示。
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图 1-1 变频器闭环控制二、相关基础知识
任务中的案例基于三菱FX5U系列PLC的应用案例，在学习本案例前请先自评下是否具备以下基础，若对相关的基础知识不熟悉，请根据下方提供的连接进行预先学习课程。
1.三菱FX5U本体模拟量模块的使用课程观看链接：https://course.jcpeixun.com/7055/461668.html2.三菱FX5U PID恒温控制课程观看链接：https://course.jcpeixun.com/7055/461959.html3.三菱FX5U PID恒速控制课程观看链接：https://course.jcpeixun.com/7055/461960.html4.变频器模拟量参数设置课程观看链接：https://course.jcpeixun.com/7206/464124.html5.三菱FX5U高速计数器使用课程观看链接：https://course.jcpeixun.com/7055/462063.html
1.模拟量基本设置（见图2-1）https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b2996edcc3ae4964903b68b22ff68ed3~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=dBUcb7sZeKAq6UfsMT%2FJ4YYL26M%3D
图 2-1 模拟量输出基本设置（1）D/A转换允许/禁止设置:设置了D/A转换允许才会有模拟量的输出。（2）D/A输出允许/禁止设置：设置允许输出数字输出值，设置禁止输出偏置值（HOLD设定值）。2.模拟量应用设置（见图2-2）https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/2e278c919917428fa07c2fe5bb2d94aa~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=ux7ikrtKUsNyxwyQEBQLkzhifZ8%3D
图 2-2 模拟量输出应用设置（1）报警输出功能：当数字输出值不在报警输出值的范围内，报警输出标志为ON；（2）比例缩放设置：对要输出的数字值进行换算如图2-3所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/afe6ba9e957843beaa1f02a26f45267a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=VQrsmKt1WOY45RYLfF7G225AsM4%3D
图 2-3 比例缩放设置比例缩放值的计算方法：输出范围中使用出厂设置。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/caf95569ed5c471998057ca012ed60c1~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=mhP77tVBExLc1Bgk%2BOTgSe1%2FY90%3D
（3）移位功能：对数字输入值整体移位。（4）模拟输出HOLD/CLEAR设置：CLEAR：清除数据为0；上次值（保持）；设置值。（将D/A转换允许/禁止设置设置为禁止时有效）。3.高速输入基本设置（见图2-4）https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/f634d63123014cf199bf62b19c5ec37a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=6JJ%2FVsb3HEYIbw508lXgCPYtnF8%3D
图 2-4 高速输入基本设置（1）运行模式：普通模式：作为一般的高速计数器使用；脉冲密度测定模式：测定从输入脉冲数开始到指定时间内的脉冲数；转速测定模式：测定从输入脉冲数开始到指定时间内的转速。测定单位时间跟每转的脉冲数根据模式进行单独设置。（2）脉冲输入模式：1相1输入计数器（S/W）--受扫描周期影响如图2-5所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/0ad7bf1234b74d7c9abc6091900f884e~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=KrG5%2FBSnaEahA8pb1ovYzoZ%2FWuY%3D
图 2-5 1相1输入计数器（S/W）1相1输入计数器（H/W）--受硬件输入影响如图2-6所示。https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a531f8ceb5b64b01b0019ab7a8769ee1~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=ytGUR8W%2BDA1lmvKjey2aDmFWxfo%3D
图 2-6 1相1输入计数器（H/W）1相2输入计数器https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/69902eb1d61a49c3afc85c209d3ad78c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=44vEyuewTpIvW6duCky7c2Zh8Z0%3D
图 2-7 1相2输入计数器2相2输入计数器如图2-8所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/7f7a3d651b53493295a5b8ad5edc936e~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=VhJFu%2Bo1JDevx4uQrc4%2BU9dSIAs%3D
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图 2-8 2相2输入计数器2相2输入计数器如图2-9所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e7e66da341be4e59a319ce9306e03ddb~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=VbIt2HSdVbUD7%2Fct%2BNFlQKOnusc%3D
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图 2-9 2相2输入计数器2相2输入计数器如图2-10所示。https://p6-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/c2f9fb7e9ed043a1a06190b265d7b7c2~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=GDWLA1dDifLE2ePxtHy4SXnbQlQ%3D
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图 2-10 2相2输入计数器内部时钟如图2-11所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1f6d0c4ed70849f99f351cfea8ca1b1c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=9pMN71OGvOknzrSEcurmopnbi80%3D
图 2-11 内部时钟内部时钟始终以1Mhz的时钟进行计数递增/递减。不使用来自外部的输入。（3）预置功能：通过预设值可以提前设置好对应的值。（4）使能功能：通过使能按钮才能进行处理高速功能。（5）环形长度设置：根据环长设置，高速计数器的形式为环形计数器。未设置时如图2-12所示，设置时如图2-13所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/9a887ebd29384bca8c116400ef122b84~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=RgQ2oRUobP%2F8Q2gMHqqvZxQRxbE%3D
图 2-12 链接长度https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/d3cb4495251d416384eb5155871769eb~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=NdrmxT58K25GHOIihmKI84k3TzI%3D
图 2-13 环形长度三、任务的实施
本案例会从电气元件选型—IO地址分配—硬件接线-软件参数设置-程序设计-PID自动调试这六方面进行讲解。1 电气元件选型
根据任务控制的描述，在本例中需要一个PLC，一台变频器、一个编码器、一台电动机和两个按钮设备。如下表3-1所示。
名称型号数量备注
三菱PLCFX5U-32MT/ES1自带模拟量输入输出
按钮
2启动与停止使用
变频器FR-E8001控制电动机
编码器
1
电动机
1
表3-1 BOM表2I/O地址分配
根据任务控制的描述，在本例中需要使用到2个输入点1个输出点，I/O分配表如下表3-2所示。
输入点注释输出点注释
X0启动按钮Y0运行
X1停止按钮
表3-2 I/O地址分配表3 硬件接线图
FX5U本体PLC可兼容源性和漏型的输入，当S/S跟24V短接时，输入即为漏型输入如图3-1所示；当S/S跟0V短接时，输入即为源性型输入。在本案例中需要用到两个按钮，一个是启动按钮接在X10上面，一个是停止按钮接在X11上面。由于变频器的正反转的控制是触点控制，所以直接把PLC上的COM0接到变频器输入公共端SD，Y0接变频器上的正转端子STF。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/7ddd136ab0c247d98987bc53197b0341~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=vXq8ccs%2FEWzoK39oKxCVLuhS86U%3D
图3-1 PLC与变频器之间的接线由于变频器模拟量给定频率有两个通道，在此我们使用“2”通道，所以PLC左上方的模拟量的输出V+接到变频器2号端子上，V-接到变频器5号端子上。给编码器供电后，A相接入X0、B相接入X1；FX5U的S/S接入到24V，说明PLC输入低电平有效，如图3-2所示https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/2da86503f42c40cca78fbac7cec8019f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=txknos71YaHas38gooB3cBu7BXM%3D
图3-2 PLC与编码器之间的接线4 软件参数设置
（1）模拟量输出基本设置：将D/A转换允许/禁止设置改为允许，将D/A输出允许/禁止设置改为允许。如图3-3所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/81dabeff185e4d30972bfeeda0064104~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=hHz6BCyqEGrzmzC7bNsK%2BCmot28%3D
图3-3 模拟量输出基本设置（2）高速计数器设置如图3-4所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/d32412d663ab467b9162540a2c1c19a0~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=ML3l8y43GIWOClbRuZzG3NTtH34%3D
图3-4 高速计数器设置（3）由于使用了高速计数器功能，对应的输入响应时间改快一些，设置如图3-5所示。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/68882b9a612a4d268eac3ae8b84881e7~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=rmcCqV0r1gZfKDtPP35O%2Fn0PTJc%3D
图3-5 输入响应设置5 程序设计
当PLC上电的一瞬间，先把目标值赋值为1000，设置为逆动作，并且把输出范围设置为0~4000。 当运行一瞬间并且不在运行模式和自整定模式下时把采样时间改为200ms，并且复位所有的输出。https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8ce429cf45894a1aa8037c8a69863fe4~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=%2BToaz3Tv2Tc8uQL%2FU05Az8stEow%3D
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自整定模式中，把采样时间改为1S，输出开始设置为3500，并开始运行PID。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/83a59bad60304105abec6a95a9f1d18c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=fCTecGQOFbYCtm6zQdoy%2FmMJCxI%3D
按一下启动按钮，启动PID指令并启动高速计数器通道，按下停止按钮或不在自整定状态下则停止运行。把高速通道中的旋转速度传送给D501用来做PID的测定值。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/6dfb1fc3912c4063ac68b3e36012a336~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=VHqYL02ru5KVh0eauKVLZ0CbBfY%3D
图3-6 程序设计1、启用/停止高速计数器计数功能，指令HIOEN（1）高速计数器的普通模式，则S1为K0；（2）启用CH1，则S2为2#0000 0000 0000 0001，即H0001；（3）未使用CH16～CH2，停止功能无需设置，则S3为2#0000 0000 0000 0000，即H0000。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/13ae68c26e9b4600955211a256c45944~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=qbzcQVDthajP%2FQ2MPHgbWIGphZw%3D
2、读取高速计数器的当前值，指令DHCMOV（1）将CH1的当前值SD4501、SD4500传送给D1001、D1000（2） n的值设为为K0，则传送完成后保留s的值。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8d04daffac01440ebfde8e0829bb3cdf~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=e9SG%2BXI2fbhK5xKKwgf69EMDOjg%3D
3、PID指令如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/d09a7e69ff1d455caed5772a09afd959~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=bbS85YQ%2BcTapp4JAS%2BBgTjd7XNY%3D
https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/10f8724592ae464ea049e179f2e6e998~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20251227214213B509A8A0C2F0B3D26DF6&x-expires=2147483647&x-signature=OMdXef8Ikcb4N5X%2FrS%2B6yRXu7bU%3D
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