模拟量与 PID 控制

模拟量基础

标准信号

信号类型	范围	精度	用途
电压	0~10V / ±10V	12/16 bit	传感器
电流	0~20mA / 4~20mA	12/16 bit	工业仪表

⚠️ 4~20mA 比 0~20mA 更好：0mA 可表示断线，4mA 可用于零点检测。

换算公式

工程值 = (当前值 / 最大值) × 量程范围 + 偏移

例如：测量 0~100°C，输出 4~20mA
当前电流 12mA → 温度 = (12-4)/(20-4) × 100 = 50°C

西门子模拟量处理

st

// 读取标准化值 0~27648 对应 4~20mA
raw_value := IW64;

// 转换为实际工程值（0~100°C）
IF raw_value > 0 THEN
    temperature := (raw_value / 27648.0) * 100.0;
ELSE
    temperature := 0.0;
END_IF;

三菱模拟量处理（FX5U 内置）

st

// 读取内置 AD 转换值（0~4000 对应 0~10V）
raw_ad := FROM(K0, H3, D100, K1);

// 标定（0~4000 → 0~10V）
voltage := raw_ad * 10.0 / 4000.0;

PID 控制

PID（比例-积分-微分）用于精确的过程控制，如恒温、恒压、恒流。

PID 公式

输出 = Kp × 偏差 + Ki × 偏差积分 + Kd × 偏差微分

环节	作用	参数过大表现
P（比例）	响应速度	振荡加剧
I（积分）	消除稳态误差	超调增大
D（微分）	抑制超调	对噪声敏感

PID 参数调节口诀

"参数整定找最佳，从小到大顺序查；先是比例后积分，最后再把微分加。"

西门子 PID（PID_Compact）

st

// 配置 PID 指令
"PID_Compact_1"(
    Setpoint  := 50.0,      // 目标温度 50°C
    Input     := temperature, // 当前温度
    Output    := valve_cmd,  // 阀门命令输出
    ManualValue := 0.0,      // 手动值（=0 时自动）
    Kp        := 1.0,       // 比例系数
    Ti        := T#20S,     // 积分时间
    Td        := T#0S       // 微分时间
);

参数调节步骤

1. 置 Ki=0, Kd=0，Kp 从小到大逐渐增大，直到出现振荡
2. 固定 Kp，逐渐增大 Ki，消除稳态误差
3. 适当加入 Kd，抑制超调（如需要）

常见应用

场景	被控量	执行器
恒温控制	温度	加热器/冷却水阀
恒压控制	压力	变频器/调节阀
恒流控制	流量	变频器/调节阀
张力控制	张力	张力控制器