用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统

技术领域

本发明属于工业过程控制领域，具体涉及用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统。

背景技术

可编程逻辑控制器(PLC)是现代工业自动化的三大支柱之一，广泛应用于各种工业生产，给各种自动化控制设备提供高效、灵活、可靠的控制。过程控制作为现代PLC重要的功能模块，主要应用于石油化工、冶金、电力、轻工纺织、食品加工、制药、污水处理、环保等行业。所谓过程控制是指在工业生产过程中，通过对流量、液位、压力、温度、湿度等模拟量工艺参数进行控制，在保证系统安全性和稳定性的前提下，使控制对象尽可能达到最佳期望值。

在实际过程控制生产加工中，大多数协调控制系统中通常由一个主基准值控制，选择不同的基准值后，由于各单元模块的自身特性、动态特性和调谐存在差异，各单元模块不能以协调一致的方式运行，故各单元模块的模拟量被控对象不能出现阶跃变化，否则可能导致系统控制效果差，甚至导致系统失控，产生严重的安全问题。同时，基准值阶跃输出可能导致系统的传感器、执行器以及所连接的设备等产生柔性冲击，导致系统元件损坏，缩短设备使用寿命，如压力过大导致调节泵内部元件损坏，无法实现模拟量的柔性输出，需要予以进一步改进。

申请人初步检索，公开号为 CN102467107A，主题名称为PLC模拟量输入输出控制系统及模拟量输出控制方法的发明专利申请，公开日为20120523，IPC 分类号为 G05B19/05。该发明专利申请，主要公开了“可编程逻辑控制器(PLC，Programmable LogicController)是一种专门为在工业环境下应用而设计的电子装置，目前已广泛应用于工业自动化领域。在自动化系统中，模拟量输入接口、模拟量输出接口是最常用的电气接口。一般，通过模拟量输入接口来测量模拟量输入信号；通过模拟量输出接口来连接外部执行器”“包括PLC主控制模块和模拟量输入输出扩展模块，所述模拟量输入输出扩展模块包括输入单元，输出单元，通信单元，控制单元，第一多路选择器以及第二多路选择器；所述PLC主控制模块通过通信单元与所述控制单元相连，用于对所述控制单元发出控制信号”。

此外，公开号为 CN113589713A，主题名称为一种基于PCI接口的模拟量输出控制装置的发明专利申请，公开日为20211102，IPC分类号为G05B19/042。该发明专利申请，主要公开了“使用PCI接口的通信，大大提高了与上位机的数据传输效率。适用于自动化测试设备、信号生成、工业过程控制等多种工业控制应用”。

以上两个专利仅仅涉及常用的模拟量输出方式，并未涉及用于PLC过程控制的柔性输出控制。用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统，目前关于过程控制的技术和资料还没有公开的转化方法。因此，亟待一种通过执行具有附加急动度的斜坡函数，可以使模拟量基准值达到指定的设置点，且保持输出变化率的连续性，支持周期性模式、过采样模式和实时采样模式的多时序执行模式，支持代数斜坡和绝对值斜坡的多斜坡柔性输出模式，并具有初始化输出模式和保持输出模式，能够通用于不同的生产系统、不同生产的环节和工况，具有较好的通用性和灵活性，可提升系统控制性能，减小对系统元件、设备的损害，并能够实时监控系统运行状态及故障诊断，确保系统安全、稳定、可靠运行的方法和系统。

发明内容

本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统。

本发明公开的用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统，主要目的在于，提供一种模拟量柔性输出控制机制，通过执行具有附加急动度（这里定义：急动度为模拟量输入使用变化率的最大变化率，即模拟量的二阶导数）的斜坡函数，可以使模拟量基准值达到指定的设置点，且保持输出变化率的连续性，支持周期性模式、过采样模式和实时采样模式等多时序执行模式，支持代数斜坡和绝对值斜坡的多斜坡柔性输出模式，并具有初始化输出模式和保持输出模式，能够通用于不同的生产系统、不同生产的环节和工况，具有较好的通用性和灵活性，可提升系统控制性能，减小对系统元件、设备的损害。同时，本发明还支持多控制参数及系统状态输出，能够实时监控系统运行状态及故障诊断，确保系统安全、稳定、可靠运行。

本发明采用以下技术方案，所述用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：向PLC控制器输入系统参数，给定初始条件；

步骤S2：PLC控制器读取并且判断输入使能参数，如果输入使能参数清零，则执行步骤S2.1；如果输入使能参数置位，则执行步骤S2.2；

步骤S2.1：PLC控制器不会继续执行，并且模拟量输出不会更新输出，直接结束本方法；

步骤S2.2：PLC控制器读取时序执行模式参数，并且根据时序执行模式参数选择不同的时序执行模式，PLC控制器根据给定时序相关参数、系统任务周期和所选的时序执行模式，确定相邻两次输出更新间隔时间参数：

步骤S3：PLC控制器读取并且判断初始化使能参数，如果初始化使能参数置位，则执行步骤S3.1；如果初始化使能参数清零，则执行步骤S3.2；

步骤S3.1：将模拟量输出设置为初始值，将模拟量输出的变化率设置为0；

步骤S3.2：PLC控制器读取并且判断保持使能参数是否置位，如果保持使能参数置位，则执行步骤S3.2.1；如果保持使能参数清零，则执行步骤S3.2.2；

步骤S3.2.1：PLC控制器读取并且判断保持模式参数是否置位，如果保持模式参数置位则执行步骤S3.2.1.1；如果保持模式参数清零则执行步骤S3.2.1.2；

步骤S3.2.1.1：立即保持处理，模拟量输出保持为保持使能参数置位时刻对应的值，模拟量输出的变化率立即设置为0；

步骤S3.2.1.2：减速保持处理，模拟量输出的变化率按照设置的急动度减小至0，模拟量输出保持为模拟量输出的变化率达到0时对应的值；

步骤S3.2.2：PLC控制器读取斜坡模式参数，以选择斜坡模式；

步骤S4：根据步骤S1确定的加速变化率参数、减速变化率参数、急动度参数、步骤S2选择的时序执行模式及确定的间隔时间参数、步骤S3选择的斜坡模式，以进行模拟量柔性规划。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，步骤S2中，时序执行模式包括周期性模式、过采样模式、实时采样模式，确定相邻两次输出更新间隔时间具体实施为以下步骤：

若选择周期性模式，则将间隔时间参数设置为系统任务的周期时间；

若选择过采样模式，则将间隔时间参数设置为过采样模式执行时间参数的值；

若选择实时采样模式，则间隔时间参数设置为输入更新相对应的相邻时间戳值差，令当前系统时间戳值为RTSTimeStamp(k)，上一次输入更新的时间戳值为RTSTimeStamp(k-1)，则更新间隔时间为RTSTimeStamp(k)-RTSTimeStamp(k-1)。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，步骤S3.2.2中，选择斜坡模式具体实施为以下步骤：

斜坡模式包括代数斜坡模式、绝对值斜坡模式；其中：

代数斜坡模式是以目标模拟量输入参数的全数域范围进行输出规划，当目标模拟量输入参数大于当前时刻的输出为朝坐标正向增大时则进行加速规划，当目标模拟量输入参数小于当前时刻的输出为朝坐标负向减小时则进行减速规划；

绝对值斜坡模式是以坐标零点为基准，当目标模拟量输入参数逐渐远离零点的时候则进行加速规划，当目标模拟量输入参数逐渐接近零点的时候进行减速规划。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，步骤S4中，模拟量柔性规划具体实施为以下步骤：

步骤S3.2.2中，斜坡模式选择代数斜坡模式，则执行步骤S4.1；

步骤S3.2.2中，斜坡模式选择绝对值斜坡模式，则执行步骤S4.2。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，步骤S4.1具体实施为以下步骤，AnalogIn为目标模拟量输入参数，CurrentOut为当前时刻的输出参数，Jerk为急动度参数，AccRate为加速变化率参数：

若AnalogIn>CurrentOut，则进行加速规划；

其中，步骤S4.1中：

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk≥AccRate

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk

其中，步骤S4.1.1具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出转换为模拟量输入参数的规划共有3个阶段，阶段1中，模拟量输出的变化率线性增加，模拟量输出的输出变化取决于急动度参数；阶段2中，模拟量输出的变化率保持不变，模拟量输出的输出变化取决于加速变化率参数；阶段3中，模拟量输出的变化率线性减小，模拟量输出的输出变化取决于急动度参数；

其中，阶段1对应的运行时间T

（1）；

阶段2对应的运行时间T

（2）；

阶段3对应的运行时间T

J

R

R

O

O

其中,k=1,2,3；

当处于阶段1时，对应的运行时间为T

（3）；

当处于阶段2时，对应的运行时间为T

（4）；

当处于阶段3时，对应的运行时间为T

其中，步骤S4.1.2具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出转换为模拟量输入参数值的规划共有2个阶段，阶段1中，模拟量输出的变化率线性增加，模拟量输出的输出变化取决于急动度参数；阶段2中，模拟量输出的变化率线性减小，模拟量输出的输出变化取决于急动度参数，阶段1对应的运行时间T

（6）；

阶段2对应的运行时间T

（7）；

阶段2时，对应的运行时间为T

（8）。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，步骤S4.1具体实施为以下步骤，AnalogIn为目标模拟量输入参数，CurrentOut为当前时刻的输出参数，Jerk为急动度参数，DecRate为减速变化率参数：

若AnalogIn

其中，步骤S4.1中：

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk≥DecRate

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk

其中，步骤S4.1.1具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出转换为模拟量输入参数的规划共有3个阶段，此时，阶段1、阶段2和阶段3的运行时间T1、T2、T3计算与加速规划类似，参照式（1）和（2），将其中的加速变化率参数(AccRate)替换为减速变化率参数(DecRate)，代入式（1）和（2）即可求得T1、T2、T3；阶段1、阶段2和阶段3相应的始末规划参数计算也与加速规划类似，参照式（3）、（4）和（5）；阶段1时，将式（3）中的急动度参数(Jerk)替换为-急动度参数(Jerk)，加速变化率参数(AccRate)替换为-减速变化率参数(DecRate)，代入式（3）即确定相应始末规划参数；阶段2时，将式（3）中的加速变化率参数(AccRate)替换为-减速变化率参数(DecRate)，代入式（4）即确定相应始末规划参数；阶段3时，将式（3）中的-急动度参数(Jerk)替换为急动度参数(Jerk)，加速变化率参数(AccRate)替换为-减速变化率参数(DecRate)，代入式（5）即确定相应始末规划参数；

其中，步骤S4.1.2具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出转换为模拟量输入参数的规划共有2个阶段,此时，阶段1和阶段2的运行时间T1和T2计算与加速规划相同，直接参照式（6）即可求得T1和T2；阶段1和阶段2相应的始末规划参数计算也与加速规划类似，参照式（7）和（8）。阶段1时，将式（7）中的急动度参数(Jerk)替换为-急动度参数(Jerk)，代入式（7）即确定相应始末规划参数；阶段2时，将式（8）中的-急动度参数(Jerk)替换为急动度参数(Jerk)，代入式（8）即确定相应始末规划参数。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，步骤S4.2具体实施为以下步骤，若模拟量输入参数(AnalogIn)与当前时刻的输出(CurrentOut)同向，则输出规划与代数斜坡模式相同，绝对值斜坡模式的步骤S4.2与代数斜坡模式的步骤相同；

若模拟量输入参数(AnalogIn)与当前时刻的输出(CurrentOut)异向，则需要零点过渡的分段规划；首先，进行当前时刻的输出(CurrentOut)到零的减速规划，参照代数斜坡模式的减速规划即可；然后，进行从零到模拟量输入参数(AnalogIn)的加速规划，参照代数斜坡模式的加速规划即可。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法还包括步骤S5，步骤S5位于步骤S4之后：

步骤S5：PLC控制器根据各阶段的运行时间和各阶段的始末规划参数，以及间隔时间参数，以进行模拟量离散插补输出。

作为以上技术方案的进一步优选技术方案，用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法还包括步骤S6，步骤S6位于步骤S5之后：

步骤S6：PLC控制器对多参数进行处理，并进行模拟量输出以及系统状态输出。

本发明还公开了用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制系统，应用以上用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法的任意一项技术方案。

本发明公开的用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统，其有益效果在于：

1. 提供一种模拟量柔性输出控制机制，通过执行具有附加急动度的斜坡函数，可以使模拟量基准值按照给定的参数达到指定的设置点，且始终保持输出变化率的连续性，避免柔性冲击，提升系统控制性能，同时减小对系统元件及设备的损害。

2. 支持周期性模式、过采样模式和实时采样模式的多时序执行模式，支持代数斜坡和绝对值斜坡的多斜坡柔性输出模式，能够适用于不同的生产系统、不同生产的环节和工况，具有较好的通用性和灵活性。

3. 支持代数斜坡和绝对值斜坡的多斜坡柔性输出模式。其中，代数斜坡模式是以全数域范围进行输出规划，可实现过零点的快速输出；绝对值斜坡模式是以坐标零点为基准，远离零点的时候则进行加速规划，接近零点的时候进行减速规划，保证输出过零点的变化率为0，可进一步减小由于模拟量自身特性及物理惯性对系统元件及设备的损害，提升控制系统的可靠性。

4. 支持初始化模式和保持模式输出，可确保系统在某些紧急特殊情况下的快速安全保持输出，大大提升系统运行的安全性和可靠性。

5. 支持多控制参数及系统状态输出，能够实时监控系统运行状态及故障诊断，确保系统安全、稳定、可靠运行。

附图说明

图1是本发明的控制流程图。

图2是本发明的最大加速变化率可达的规划示意图。

图3是本发明的最大加速变化率不可达的规划示意图。

图4是本发明的初始化输出、保持模式输出、和柔性输出的切换关系图。

图5是本发明的代数斜坡模式的模拟量柔性输出仿真波形图。

图6是本发明的绝对值斜坡模式的模拟量柔性输出仿真波形图。

图7是本发明的保持模式的模拟量输出仿真波形图。

具体实施方式

本发明公开了用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统，下面结合优选实施例（实施例1），参见附图的图1-图7，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

实施例1。

优选地，用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：向PLC控制器输入系统参数，给定初始条件，系统参数包括输入使能参数(InEnable)、目标模拟量输入参数(AnalogIn)、初始化使能参数(InitializeEnable)、初始值参数(InitialValue)、斜坡模式参数(RampMode)、加速变化率参数(AccRate)、减速变化率参数(DecRate)、急动度参数(Jerk)、保持模式参数(HoldMode)、保持使能参数(HoldEnable)、时序执行模式参数(TimingMode)、系统任务的周期时间参数(PerriodicTime)、过采样模式执行时间参数(OversampleDT)、实时采样模式的系统更新周期参数(RTSTime)、实时采样模块的系统时间戳值参数(RTSTimeStamp)；具体的系统参数说明，如表1所示；步骤S2：PLC控制器读取并且判断输入使能参数，如果输入使能参数清零，则执行步骤S2.1；如果输入使能参数置位，则执行步骤S2.2；

步骤S2.1：PLC控制器不会继续执行，并且模拟量输出不会更新输出，直接结束本方法；

步骤S2.2：PLC控制器读取时序执行模式参数(TimingMode)，并且根据时序执行模式参数(TimingMode)选择不同的时序执行模式(TimeMode)，PLC控制器根据给定时序相关参数、系统任务周期和所选的时序执行模式(TimeMode)，确定相邻两次输出更新间隔时间参数(DeltaTime)：时序执行模式(TimeMode)包括周期性模式、过采样模式、实时采样模式，确定相邻两次输出更新间隔时间(DeltaTime)具体实施为以下步骤：

若选择周期性模式，即TimeMode=0，则将间隔时间参数(DeltaTime)设置为系统任务的周期时间(PeriodicTime)，即DeltaTime=PeriodicTime；

若选择过采样模式，即TimeMode=1，则将间隔时间参数(DeltaTime)设置为过采样模式执行时间参数(OversampleDT)的值，即DeltaTime=OversampleDT；

若选择实时采样模式，即TimeMode=2，则间隔时间参数(DeltaTime)设置为输入更新相对应的相邻时间戳值差，令当前系统时间戳值为RTSTimeStamp(k)，上一次输入更新的时间戳值为RTSTimeStamp(k-1)，则更新间隔时间参数(DeltaTime)= RTSTimeStamp(k)-RTSTimeStamp(k-1)；

步骤S3：PLC控制器读取并且判断初始化使能参数(InitializeEnable)，如果初始化使能参数(InitializeEnable)置位，则执行步骤S3.1；如果初始化使能参数(InitializeEnable)清零，则执行步骤S3.1；

步骤S3.1：将模拟量输出(AnalogOut)设置为初始值(InitialVaule)，即AnalogOut=InitialValue；同时，将模拟量输出的变化率(AnalogRate)设置为0，即AnalogRate=0；

步骤S3.2：PLC控制器读取并且判断保持使能参数(HoldEnable)是否置位，如果保持使能参数(HoldEnable)置位，则执行步骤S3.2.1；如果保持使能参数(HoldEnable)清零，则执行步骤S3.2.2；

步骤S3.2.1：PLC控制器读取并且判断保持模式参数(HoldMode)是否置位，如果保持模式参数(HoldMode)置位则执行步骤S3.2.1.1；如果保持模式参数(HoldMode)清零则执行步骤S3.2.1.2；

步骤S3.2.1.1：立即保持处理，模拟量输出(AnalogOut)保持为保持使能参数(HoldEnable)置位时刻对应的值，模拟量输出的变化率(AnalogRate)立即设置为0；

步骤S3.2.1.2：减速保持处理，模拟量输出的变化率(AnalogRate)按照设置的急动度减小至0，模拟量输出(AnalogOut)保持为模拟量输出的变化率(AnalogRate)达到0时对应的值；

步骤S3.2.2： PLC控制器读取斜坡模式参数(RampMode)，以选择斜坡模式，斜坡模式包括代数斜坡模式、绝对值斜坡模式；其中，代数斜坡模式是以目标模拟量输入参数(AnalogIn)的全数域范围(最大负浮点值~最大正浮点值)进行输出规划，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)大于当前时刻的输出(CurrentOut)为朝坐标正向增大时则进行加速规划，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)小于当前时刻的输出(CurrentOut)为朝坐标负向减小时则进行减速规划；绝对值斜坡模式是以坐标零点为基准，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)逐渐远离零点的时候则进行加速规划，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)逐渐接近零点的时候进行减速规划，绝对值斜坡模式可在目标模拟量输入参数(AnalogIn)与当前时刻的输出(CurrentOut)为异向时，保证输出过零点的变化率为0，可进一步减小由于模拟量自身特性及物理惯性对系统元件及设备的损害，提升控制系统的可靠性；

步骤S4：根据步骤S1确定的加速变化率参数(AccRate)、减速变化率参数(DecRate)、急动度参数(Jerk)、步骤S2选择的时序执行模式(TimeMode)及确定的间隔时间参数(DeltaTime)、步骤S3选择的斜坡模式，以进行模拟量柔性规划。

表1。

其中，步骤S2中，时序执行模式(TimeMode)包括周期性模式、过采样模式、实时采样模式，确定相邻两次输出的更新间隔时间(DeltaTime)具体实施为以下步骤：

若选择周期性模式，即TimeMode=0，则将间隔时间参数(DeltaTime)设置为系统任务的周期时间(PeriodicTime)，即DeltaTime=PeriodicTime；

若选择过采样模式，即TimeMode=1，则将间隔时间参数(DeltaTime)设置为OversampleDT参数的值，即DeltaTime=OversampleDT；

若选择实时采样模式，即TimeMode=2，则间隔时间参数(DeltaTime)设置为系统输入更新相对应的相邻时间戳值差，令当前系统时间戳值为RTSTimeStamp(k)，上一次输入更新的时间戳值为RTSTimeStamp(k-1)，则DeltaTime= RTSTimeStamp(k)-RTSTimeStamp(k-1)。

其中，步骤S3.2.2中，选择斜坡模式具体实施为以下步骤：

斜坡模式包括代数斜坡模式、绝对值斜坡模式；其中，代数斜坡模式是以目标模拟量输入参数(AnalogIn)的全数域范围(最大负浮点值~最大正浮点值)进行输出规划，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)大于当前时刻的输出(CurrentOut)为朝坐标正向增大时则进行加速规划，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)小于当前时刻的输出(CurrentOut)为朝坐标负向减小时则进行减速规划；绝对值斜坡模式是以坐标零点为基准，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)逐渐远离零点的时候则进行加速规划，当目标模拟量输入参数(AnalogIn)逐渐接近零点的时候进行减速规划，绝对值斜坡模式可在目标模拟量输入参数(AnalogIn)与当前时刻的输出(CurrentOut)为异向时，保证输出过零点的变化率为0，可进一步减小由于模拟量自身特性及物理惯性对系统元件及设备的损害，提升控制系统的可靠性。

其中，步骤S4中，模拟量柔性规划具体实施为以下步骤：

步骤S3.2.2中，斜坡模式选择代数斜坡模式，则执行步骤S4.1；

步骤S3.2.2中，斜坡模式选择绝对值斜坡模式，则执行步骤S4.2。

其中，步骤S4.1具体实施为以下步骤，AnalogIn为目标模拟量输入参数，CurrentOut为当前时刻的输出参数，Jerk为急动度参数，AccRate为加速变化率参数：

若AnalogIn> CurrentOut，则进行加速规划。

其中，步骤S4.1中：

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk≥AccRate

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk

其中，步骤S4.1.1具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出(CurrentOut)转换为模拟量输入参数(AnalogIn)的规划共有3个阶段，如图2所示。阶段1中，模拟量输出的变化率(Rate)线性增加，模拟量输出(AnalogOut)的输出变化取决于急动度参数(Jerk)；阶段2中，模拟量输出的变化率(Rate)保持不变，模拟量输出(AnalogOut)的输出变化取决于加速变化率参数(AccRate)；阶段3中，模拟量输出的变化率(Rate)线性减小，模拟量输出(AnalogOut)的输出变化取决于急动度参数(Jerk)。

其中，阶段1对应的运行时间T

（1）；

阶段2对应的运行时间T

（2）；

阶段3对应的运行时间T

J

R

R

O

O

其中,k=1,2,3。

当处于阶段1时，对应的运行时间为T

（3）；

当处于阶段2时，对应的运行时间为T

（4）；

当处于阶段3时，对应的运行时间为T

其中，步骤S4.1.2具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出(CurrentOut)转换为模拟量输入参数(AnalogIn)的规划共有2个阶段，如图3所示。阶段1中，模拟量输出的变化率(Rate)线性增加，模拟量输出(AnalogOut)的输出变化取决于急动度参数(Jerk)；阶段2中，模拟量输出的变化率(Rate)线性减小，模拟量输出(AnalogOut)的输出变化取决于急动度参数(Jerk)。此时，阶段1对应的运行时间T

（6）；

阶段2对应的运行时间T

阶段2时，对应的运行时间为T

（8）；

其中，步骤S4.1具体实施为以下步骤，AnalogIn为目标模拟量输入参数，CurrentOut为当前时刻的输出参数，Jerk为急动度参数，DecRate为减速变化率参数：

若AnalogIn

其中，步骤S4.1中：

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk≥DecRate

如果|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk

其中，步骤S4.1.1具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出(CurrentOut)转换为模拟量输入参数(AnalogIn)的规划共有3个阶段，此时，阶段1、阶段2和阶段3的运行时间T

其中，步骤S4.1.2具体实施为以下步骤：

从当前时刻的输出(CurrentOut)转换为模拟量输入参数(AnalogIn)的规划共有2个阶段，此时，阶段1和阶段2的运行时间T

其中，步骤S4.2具体实施为以下步骤：

若模拟量输入参数(AnalogIn)与当前时刻的输出(CurrentOut)同向，则输出规划与代数斜坡模式相同，绝对值斜坡模式的步骤S4.2与代数斜坡模式的步骤相同；

若模拟量输入参数(AnalogIn)与当前时刻的输出(CurrentOut)异向，则需要零点过渡的分段规划；首先，进行当前时刻的输出(CurrentOut)到零的减速规划，参照代数斜坡模式的减速规划即可；然后，进行从零到模拟量输入参数(AnalogIn)的加速规划，参照代数斜坡模式的加速规划即可。

其中，步骤S4中，模拟量柔性规划具体实施为以下步骤：

若步骤S3.2.2中，斜坡模式选择代数斜坡模式，则执行步骤S4.1；

若步骤S3.2.2中，斜坡模式选择绝对值斜坡模式，则执行步骤S4.2。

值得一提的是，用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法还包括步骤S5，步骤S5位于步骤S4之后：

步骤S5：PLC控制器根据各阶段的运行时间和各阶段的始末规划参数，以及间隔时间参数(DeltaTime)，以进行模拟量离散插补输出。

其中，步骤S5中，模拟量离散插补输出具体实施为以下步骤：

步骤S5.1：PLC控制器设置间隔时间参数(DeltaTime)为∆T；

步骤S5.2：

根据步骤S4.1，当|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk≥AccRate

步骤S5.2.1.1：当n∆TÎ[0,T

（9）；

步骤S5.2.1.2：当n∆TÎ[T

（10）；

步骤S5.2.1.3：当n∆TÎ[T

（11）；

根据步骤S4.1，当|AnalogIn-CurrentOut|*Jerk

其中，步骤5.2.2具体实施为以下步骤：

步骤S5.2.2.1：当n∆TÎ[0,T

（12）；

步骤S5.2.2.2：当n∆TÎ[T

（13）。

值得一提的是，用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法还包括步骤S6，步骤S6位于步骤S5之后：

步骤S6：PLC控制器对多参数（表2中的输出参数：输出使能、柔性模式、间隔时间、模拟量输出、变化率等参数）进行处理，并进行模拟量输出以及系统状态输出。

其中，输出参数，详见表2。

表2。

其中，步骤S6中，模拟量输出以及系统状态输出，具体阐述如下：

当启用模拟量输出(AnalogOut)，输出使能(OutEnable)状态标志置位，否则（不启用模拟量输出(AnalogOut)），输出使能(OutEnable)状态标志清零。

柔性模式(FlexMode)表示系统初始柔性输出状态，当Jerk*DeltaTime≤Rate且(0<|Rate|<|AccRate|或0<|Rate|<|DecRate|)时，FlexMode置位，否则，清零。

间隔时间参数(DeltaTime)表示相邻两次输出更新间隔时间，根据不同的时序执行模式(TimeMode)设置，进行相应的间隔时间参数(DeltaTime)输出。

模拟量输出(AnalogOut)及对应的模拟量输出的变化率(Rate)根据不同的输出模式进行相应的输出。输出模式包括初始化输出、保持模式输出和柔性输出，初始化输出、保持模式输出和柔性输出三者的切换关系，如图4所示。

系统状态(Status)由16位二进制数组成，不同的位代表系统的不同状态。

运行故障位(RunningFault)[Status.0]置位标志表示系统运行出现故障，需检查其他状态位已确定具体的故障。

加速变化率无效位(AccRateInv)[Status.1]置位表示AccRate≤0为无效值；减速变化率无效位(DecRateInv)[Status.2]置位表示DecRate≤0为无效值；急动度无效位(JerkInv)[Status.3]置位表示Jerk≤0为无效值；时序执行模式无效位(TimingModeInv)[Status.4]置位表示TimingMode>2为无效值；系统任务的周期时间无效位(PeriodicTimeInv)[Status.5]置位表示PeriodicTime>32767ms为无效值；实时采样无效位(RTSInv)[Status.6]置位表示|DeltaTime-RTSTime|>1ms，实时采样无效；系统更新周期无效位(RTSTimeInv)[Status.7]置位表示RTSTime>32767ms为无效值；系统时间戳值无效位(RTSTimeStampInv)[Status.8]置位表示RTSTimeStamp>32767ms为无效值；间隔时间无效位(DeltaTimeInv)[Status.9]置位表示DeltaTime≤0为无效值。

当以上不同的故障状态位出现置位时，表示出现了相应的故障，可执行相应的故障诊断，并排除故障，恢复系统的正常运行。

值得一提的是，本实施例还公开了用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制系统，应用本实施例的以上任意一种用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法的技术方案。

以下阐述本实施例公开的用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统的总体构思。

具体地，参见附图的图1，首先，输入系统参数，给定初始条件：输入使能参数(InEnable)、目标模拟量输入参数(AnalogIn)、初始化使能参数(InitializeEnable)、初始值参数(InitialValue)、斜坡模式参数(RampMode)、加速变化率参数(AccRate)、减速变化率参数(DecRate)、急动度参数(Jerk)、保持模式参数(HoldMode)、保持使能参数(HoldEnable)、时序执行模式参数(TimingMode)、系统任务的周期时间参数(PerriodicTime)、过采样模式执行时间参数(OversampleDT)、实时采样模式的系统更新周期参数(RTSTime)、实时采样模块的系统时间戳值参数(RTSTimeStamp)。然后，判断输入使能参数是否置位，如果输入使能参数清零，系统将不会执行，并且不会更新模拟量输出，直接结束；如果输入使能参数置位，则系统继续执行。若输入使能参数置位，则选择时序执行模式，时序执行模式包括周期性模式、过采样模式、实时采样模式，根据所选时序执行模式、时序相关参数及系统任务周期得到两次输出更新间隔的时间(DeltaTime)。接着，判断初始化使能参数是否置位，若初始化使能参数置位，则进行初始化处理（包括系统参数处理、模拟量输出及系统状态输出模块）。如果初始化使能参数为零，则判断保持使能参数是否置位，若保持使能参数置位，则进入保持模式模块，进行保持处理（包括系统参数处理、模拟量输出及系统状态输出模块）。如果保持使能参数为零，则进行代数斜坡模式和绝对值斜坡模式的斜坡模式选择，然后根据所选斜坡模式、给定参数、给定时序执行模式进行模拟量柔性规划。最后，进行系统多参数处理、模拟量柔性输出及系统状态输出。根据多次仿真，本发明提供了一种模拟量柔性输出控制机制，通过执行具有附加急动度的斜坡函数，可以使模拟量基准值达到指定的模拟量基准值设置点，支持周期性模式、过采样模式和实时采样模式的多时序执行模式，支持代数斜坡和绝对值斜坡的多斜坡柔性输出模式，并具有初始化输出模式和保持输出模式，能够适用于不同的生产系统、不同生产的环节和工况，具有较好的通用性和灵活性，可提升系统控制性能，减小对系统元件、设备的损害。同时，本发明还支持多控制参数及系统状态输出，能够实时监控系统运行状态及故障诊断，确保系统安全、稳定、可靠运行。

以下阐述本实施例公开的用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法和系统的仿真结果。

值得一提的是，在实际应用工程控制系统中，大多数采用周期性模式来保证系统的运行效率和控制精度，因此本实施例公开的用于PLC过程控制的通用式模拟量柔性输出控制方法默认时序模式为周期性模式，仿真中也采用周期性模式。

其中，代数斜坡模式的仿真验证中需设置的参数如表3所示，其它参数保持默认值。

表3。

参见附图的图5，由图5可知，当

其中，绝对值斜坡模式的仿真验证中需设置的参数如表4所示，其它参数保持默认值。

表4。

参见附图的图6，由图6可知，当

其中，保持模式的仿真验证中需设置的参数如表5所示，其它参数保持默认值。

表5。

参见附图的图7，由图7可知，当

值得一提的是，本发明专利申请涉及的PLC控制器的具体选型等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。