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这种控制，仅输入须用模拟量，而输出则用开关量。
P（比例）I（积分）D（微分）控制，它由传感器、模拟量输入单元、PLC程序、模拟量输出单元（或逻辑量输出点）及执行器组成。
它对偏差作PID运算，然后产生控制输出。
当然，也可只有P，或PI的控制。
视系统的要求而定。
PID运算可用PLC的数学运算指令实现。
也可直接用PID指令，或调用PID函数块实现。
也可使用PID控制的硬件单元（模块）实现。
其它控制，如模糊控制，它的输出按其与输入对应的模糊关系确定。
OMRON、西门子就有模糊控制单元，可用以实现这种控制。
二是，串级控制。
它有主辅两个控制回路，主回路与辅回路，它的主回路的设定值按要求给定，其输出不用以推动执行器，而用作辅调节器设定值。
辅调节器的输出才用以推动执行器。
串级控制多了辅回路，可使所控制的参数免受或少受一些其它干扰，从而提高系统的控制品质。
三是，前馈控制：
它是按扰动进行的开环控制。
如果弄清物料流量对温度的影响规律，可作到系统的误差为零。
当然，前馈与反馈控制也可结合起来进行，以得到更高系统的控制品质。
四是，比值控制：
在生产中，有时要求若干变量间保持一定的比例关系，如煤气加热炉，就要求煤气与空气要有合适的比例，即空燃比。
比例调节器就是要保证在煤气变化的同时，空气也要有相应的变化。
比值控制有开环、闭环及多变量比值等。
五是、其他控制：
其他常用的控制方法还有均匀控制、分程控制、多冲量控制等。
均匀控制用于连续生产的过程中。
目的是保证，前后设备间的物料流动能得以平衡，以达到均匀生产的目的。
分程控制用于有不同工况的生产过程。
可作到在各个工况下，都能实现合适的控制。
多冲量控制用于有多个相互有联系的被控对象，被控量不仅与控制量有关，还与其它变量有关。
多冲量控制就是将这些变量组合起来，一起去控制控制量。
等等。
此外，还有一些高级控制，如模糊控制、专家控制、最优控制、自适应控制、自学习控制、预测控制及复合控制。
3、控制程序
1．开环比值控制：
其实例见图12-9。
它可使流量Qb按比例k，跟随流量Qa变化。
图12-9为它的相应程序。
a–OMRONPLCb–西门子PLCc–三菱PLC
图12-9比例控制梯形图程序
从图知，图a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16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b用的是16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c用的也是16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。
还可能实现多值比例控制。
图12-10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Qa控制，以保证实现Qb1=K1×
Qa、Qb2=K2×
Qa的比例关系。
图12-10多值比例控制梯形图程序
图a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16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b用的都是16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。
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。
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。
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。
为此，有时应对结果值进行判断，如超出范围，则把范围允许的值传送给输出。
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，然后再作这里的乘。
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。
闭环控制:
2．简单闭环控制：
这种控制的方法是，把被控量的实际值与设定值进行比较，再按照比较结果，产生相应的ON或OFF的继电控制输出。
图12-11示的即为三种PLC最简单这类梯形图程序。
该程序不断执行“设定值”与“实际值”比较，只要“实际值”小于“设定值”，对图a大于标志“P_GT”ON，进而使“输出”ON；
对图b、c则直接使“输出”ON。
反之，“输出”将OFF。
用它即可进行输出ON/OFF控制。
图12-11简单ON/OFF控制
这种控制只需用模拟量输入单元，而输出则用普通的I/O点，较简单。
但可能在设定点附近ON、OFF动作变换过于频繁。
为避免这种ON、OFF动作变换过于频繁，可在比较后增加延时，再产生控制输出，或把临界点改为临界范围，比临界点大于一定数（+A）时作一种转换，比临界点小于一定数（-A）时作另一种转换。
图12-12示的为比较后增加延时，再产生控制输出的三种PLC程序。
图12-12比较设定值加延时控制程序
该图程序延时都设为5秒，实际多少，可依具体情况决定。
对图a：
当“实际值”小于“设定值”5秒时，小于标志特殊继电器P-LTON。
但这情况需持续5秒，TIM001的常开触点才可能接通。
只有这样，才可能使“输出增大标志”ON，使“输出增大”ON，并自保持。
一旦出现比较大于保持5秒，则“输出增大”OFF，同时“输出减小”ON。
图b、对图c：
情况类似，只是定时器用了T101、T1，具体工作过程就不多解释了。
此外，也可在保证控制精度的前提下，在达或离开临界点到ON、OFF转换之间增加延时，或把临界点改为临界范围，比临界点大一定数（+A）时作一种转换，比临界点小一定数（-A）时作另一种转换。
图12-13示的为用上、下限比较，以产生控制输出的三种PLC，程序。
图12-13上限下限比较控制程序从图知，这个系统所控制的“实际值”低于“设定值-A”时，使其增大；
高于“设定值+A”时，使其减少。
3．无差闭环控制
图12-14表示了这个控制的算法框图。
这里的控制值是在每进行一次此类运算时，自身与偏差E相加。
这样，即使系统没有偏差，仍可产生控制输出。
无差也因此得名。
图12-14无静差控制算法框图
图12-15为与图12-14对应的梯形图程序。
图12-15无静差控制梯形图程序
从图a知，当“无静差控制”ON，则执行如图程序。
先是定时器TIM000工作。
每1秒钟，其常开触点TIM000ON一次，则控制程序执行一次。
这么做的目的是，控制输出改变后要等待一定时间再处理，以适应系统时延特性。
否则会出现超调，以至于系统振荡。
这里定时间隔为1秒，如系统时延较大，还可加大。
而图b、c与其不同的只是用16进制数，且也没有进位位参与计算问题，由于这里用了累加、累减，相当于加入积分环节。
所以，只要存在偏差，即“设定值”减“实际值“不为0，那么，每进行一次运算都将使”控制值“变化。
直到”控制值“变化到使系统实际值等于设定值时，即“设定值”减“实际值“为0，不存在偏差时，”控制值“才保持不变。
这也就实现了设定值对系统的无静差控制。
无静差控制可消除所有由干扰产生的误差，这是它的优点。
但存在系统能否稳定工作的问题。
而系统要是不稳定，那即使静态精度再高，也是不允许的。
所以，还得寻找更好控制办法。
以下将介绍的PID控制就是一个较好的办法。
离散系统闭环控制振荡有两种原因：
静态原因及动态原因。
静态原因是系统离散性。
系统离散，就不可能任意要求的调节量都存在。
如设定值正是这个不存在调节量，那是永远做不到的。
而硬要这么做，只好振荡了，即出现调节量一会儿比设定值大，一会儿比设定值小，总也稳定不下来。
正如，要买1斤鸡蛋，很难做到买的正好是一斤，要不稍多一点，要不就是稍差一点。
显然，提高分辨率（如鸡蛋很小）可减少这个振荡。
提示3：
动态原因是系统惯性、时延。
前者在实际的系统中也总是存在的。
减少惯性，减少时延，选择合适放大倍数，可避免出现振荡。
4。
闭环PID控制：
（1）PID控制概念
PID是比例（P）、积分（I）、微分（D）之意。
标准PID的控制值是与偏差（设定值与实际值之差）、偏差对时间的积分、偏差对时间的微分，三者之和成正比。
如用式子表示，即：
式中
p—控制值；
e—偏差；
Ti—积分常数；
Td—微分常数；
K—放大倍数（比例系数）；
M—偏差为零时的控制值，有积分环节此项也可不加。
PID控制就是用这里的控制量p，去控制对象。
在p中，除了M，其它三项均与偏差有关。
计算偏差要使用反馈信号，所以它是闭环控制。
这里的偏差、偏差对时间的积分、偏差对时间的微分，又分别称为比例输出、积分作用和微分输出。
比例输出由偏差与比例系数相乘构成。
比例系数越大，同样偏差，其控制作用也越强。
但没有偏差，即使比例系数再大，也没有这个控制输出。
如仅用此一项，尽管加大比例系数，可减少偏差，但无法消除偏差。
积分输出与偏差对时间的积分以及积分系数有关。
同样偏差，经历时间越长，积分系数越小，其控制作用也越强。
积分可加强及累积控制输出。
当前偏差可以为0，有了积分，则仍可产生控制输出。
用此项，对须经常要有控制输出的系统，也可消除偏差，使系统成为无差系统。
微分输出由偏差对时间的微分，即偏差的变化率，与微分系数相乘构成。
同样偏差变化率，微分系数越大，其控制输出也越强。
它的作用是抑制偏差变化的。
如偏差加大，它的控制输出增强，以抑制偏差加大；
同样，如偏差减小，它将减小控制作用，以抑制偏差的减小。
用此一项主要是使系统保持稳定。
有强的稳定要求时，可加大微分系数。
PID控制的好处是，可以不必了解系统的数学模型，只要能检测出偏差，就可对系统实现准确、没有误差及稳定的控制。
式12-1用于连续系统的PID控制。
如在PLC控制中用它，则必须将其“离散化”，用相应的数值计算，代替这里的积分、微分。
如选择的采样周期为T，积分初值为0，离散化后的公式为：
式12-2的计算仅仅是加、减、乘、除等基本运算。
所以，如选定了采样周期T、积分常数Ti、微分常数Td、放大倍数K、偏差为零时的控制值M以及各个时刻的偏差值，用PLC的算术运算指令完全可进行这个运算，求出P（n）值，以实现PID控制。
PLC多具有PID指令、PID函数块、PID单元或回路控制单元，为PLC使用PID控制，也提供了方便。
PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定，以达到较好的PID控制效果。
如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
而且，新型的PLC，随时都可对PID参数进行自整定，为确定PID参数提供了很大方便。
但是，PID控制也有其局限性。
PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，效果不是太好。
如果系统过于复杂，有时可能无论怎么调参数，都不易达到目的。
图12-16分别示出，当设定值从0突变到x时，在比例（P）作用、比例积分（PI）作用和比例积分微分（PID）作用下，被调量y变化的过渡过程。
可以看出，比例积分微分作用效果为最佳，能迅速地使y达到设定值x。
比例积分作用则需要稍长的时间。
比例作用则最终达不到设定值，而有余差。
（3）PID控制指令
使用PLC进行PID控制，简单的办法是用PID指令。
表12-2示的为几个机型的PID指令。
此外，也可使用专用函数块、硬件PID模块或过程控制CPU。
以下介绍PID指令。
表12-1几个机型的PID指令。
表12-2几个机型的PID指令
CPM2A机PID指令有三个操作数。
其含义为：
S为输入字，16进制数，调节量（实际值）输入到这个字中。
D为控制输出字（通道），16进制数，运算后的PID值，即控制值，放在这个字中。
C为PID控制参数首字，从C1到C1+32，这33个字应放在同一个连续数据区内。
表12-3示的就是它的各参数含义。
表12-3CPM2APID指令控制字含义
它的V2.00以上版本，不仅可实现PID控制，还可参数自整定、输出值上、下限设定。
S7-200机操作数有两个。
TBL——PID控制参数存贮区的开始字节地址，这参数区共36个字节，存9个参数，包括程序变量、设置点、输出、增益、采样时间、整数时间（重设）、导出时间（速率）以及整数和（偏差）的当前值及先前值，详细含义见表12-12；
LOOP——为PID回路编号，可在0到7间取值，在一个程序不能用相同编号，这意味着在一个S7-200的程序中，PID指令最多只能用8次，但此指令也可在子程序、中断程序中执行。
此外还有EN、ENO，是西门子PLC指令调用输入、输出机制。
输入端EN逻辑条件ON，则执行本指令，OFF不执行；
本指令正确执行，则输出ENOON，否则，OFF。
而表12-4示的为S-200PID指令参数区含义。
表12-4S-200PID指令参数区含义
V2.00以上版本，不仅可实现PID控制，还可参数自整定、输出值上、下限设定。
FX2N机的操作数含义为：
S1——目标，即设定值
S2——测定值或说当前值、实际值
S3——PID参数存贮区的首地址，参数区共25个字，其各字的含义见表12-5D——执行PID指令计算后得到的输出值或说控制输出本指令可多次调用，不受限制，但所用的数据区不能重复。
在子程序、步进指令中也可使用，但用前，要清零S3+7的数据。
表12-5参数区各字的含义
（5）PID指令使用
使用PID指令进行PID控制，虽只使用一个指令及作有关设定。
但也还有一些细节要考虑与处理：
数据格式转换：
PID指令输入、输出用的格式与模拟量输入、输出单元的数据格式及数据变化范围不一定相同。
为此，在使用PID前，要做一些数据格式转换，如必要也可能还要作比例换算，以便于执行PID指令时，使用有关数据。
同时，在执行PID指令得出结果后，也要把这个结果值进行转换与换算，以便于为有关输出使用。
参数变换：
执行PID指令，当偏差值不同时，所选的参数最好也有所不同。
如比例带、积分常数等，在偏差大时，可选小一些，以强化它的作用。
而偏差小时，或控制输出已将接近开环测定的数值，这些参数可与偏差大些，以弱化它的作用。
输出值控制：
尽管作了数据变换或转换，但有时，还是难以做到控制输出值与所驱动的对象完全适应。
如有这样的情况，模拟量输出单元的输出范围为0到10伏，而对象所用的控制输入只能为0到5伏。
手动、自动无扰动切换：
实际系统除了自动控制，有时还要求手动控制。
而且，这两者切换时，最好系统的控制输出不要突变，以免系统受到不应有的冲击。
参数变化时也有这个问题。
怎么做到这一点昵？
一般讲在两种情况下转换，冲击将少一些。
即：
在偏差值为0，或尽量小时转换；
或控制输出值相等或接近相等时转换。
为此，在手动向自动转换时，可观测自动的给定值与实际值相差大否？
太大时，应使其调到相接近时，切换。
自动到手动转换，应使手动的输出初值设为当时自动的控制输出值。
多种控制算法配合使用：
PID控制虽然有很多优点。
但由于系统的非线性等诸多原因，完全用PID控制有时难以满足实际要求。
所以，也可考虑依不同的偏差值，或依不同的工况，有时用PID控制，有时也可用别的控制。
多种控制配合使用，以获得更好的控制效果。
（6）PID程序实例
本教程选作实验五就是模拟量输入、模拟量输出，用PID控制温度的程序实例。
可结合这个实验具体理解PID指令的应用。
（7）PID控制程序调试
首先，用手动改变控制输出，观察调节量的变化。
大体弄清调节虽控制输出的变化特性。
其次，用手动进行控制，使其达到控制要求。
最后，设定PID参数，并在手动成功的基础上，切换为PID控制。
参数选定的步骤是：
（a）选定合适的采样周期T
对流量控制系统，一般为1到5秒，优先选用1到2秒。
对压力控制系统，一般为3到10秒，优先选用6到8秒。
对液位控制系统，一般为6到8秒。
对温度控制系统，一般为10到20秒。
对成分控制系统，一般为15到20秒。
当然，以上这些数据也是很笼统的，仅仅是参考数。
从实际经验看，T最好尽可能选得小些。
T小，并把积分作用（见以下参数Td解释）
适当减弱，可作到，既加快调节过程，而又避免由系统离散原因引起的超调。
（b）选定合适的比例带δ这时设Ti为∞（无穷大），Td为0，从大到小改变比例带，直到得到较好的的过程曲线。
（c）选定合适的积分常数Ti将比例带放大1.2倍，从大到小改变积分时间常数，直到得到较好的的过程曲线。
（d）再定合适的比例带δ积分时间常数不变，再改变比例带（增大或减小），看过程曲线是否改善。
若有改善，则继续调整比例带；
若没有改善，则将原定的比例带减小，再变更积分时间常数，以改善控制过程曲线。
如此多次反复，直到得到合适的比例带及积分时间常数。
（e）选定合适的微分常数Td
一般讲，微分时间常数可在积分时间常数的6分之一到4分之一间选定。
而且，引入微分作用后，积分时间常数可适当减小。
这些参数选定后，再观察过程曲线是否理想。
如不当，可再作相应调整，直到满意为止。
有关PID控制器（硬件PID控制器）的PID参数整定，在互联网上，曾流行这样口诀，现转载介绍如下，供参考！
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
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。
微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低
提示：
这里的参数整定值，是普通的PID调节器推荐的。
与PLC的模拟量控制是有区别的，仅供参考。
结语：
过程控制多在连续的生产过程应用它。
实现模拟量控制有效的方法是闭环控制。
有时也可辅以开环。
而闭环控制最有效的算法是PID。
各家PLC以至于同一家PLC但机型不同，所用的指令及其具体参数设定也不完全一样。
所以，对此要注意区别。
过程控制的参数与PLC控制系统的动力学特性有关。
所以，过程控制的程序调试，只能在现场完成与完善。
思考题：
1．模拟量控制的过程是什么样的？
2．模拟量控制输出有那些方法？
3．模拟量控制的目的有那些？
4．模拟量控制的方法有那些？
5．PID控制的优点是什么？
6．PID控制中各参数的作用？
练习题：
1．设计一个用模拟量输入、开关量输出、控制液压油箱的温度控制程序。
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