PLC與儀表連接及控制

1、PLC 與儀表連接及控制暴振嶺1、儀表設(shè)備常用信號(hào) ：常見(jiàn)煉鐵用一次儀表設(shè)備有：壓力變送器 ,差壓變送器 ,流量計(jì) ,熱電偶,熱電阻, 電位器,稱重傳感器 ,物液）位計(jì),編碼器,執(zhí)行器,測(cè)速測(cè)震探頭以及壓力表 ,溫度 計(jì)等.這些一次儀表設(shè)備要接入PLC系統(tǒng),必須能夠發(fā)出PLC能接受地信號(hào)，就是 我們常用到地如：V、mV、420mA、Q、脈沖等.而還有一些設(shè)備發(fā)出地信號(hào) 不是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ,需要通過(guò)二次儀表或變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) .420mA.DC（1-5V.DC信號(hào)制是國(guó)際電工委員會(huì) IEC）過(guò)程控制系統(tǒng)用模擬 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)從DDZ-川型儀表開(kāi)始采用這一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，儀表傳輸信號(hào)采 用420mA

2、.DC,聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收地信號(hào)系統(tǒng)用 420mA 信號(hào)傳輸 ,回路中地電流不會(huì)隨電線長(zhǎng)短而改變 ,從而保證了傳送 地精度 .最大電流 20mA 選擇是基于：安全、實(shí)用、功耗、成本地考慮 ,而選用 4mA作為信號(hào)起點(diǎn)是因?yàn)?20mA變送器兩線制地居多,3.5mA以下變送器無(wú)法 正常工作,4mA電流保證了變送器地靜態(tài)工作電流，同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC, 不與機(jī)械零點(diǎn)重合 ,有利于識(shí)別斷電和短線等故障 .我廠使用地增量編碼器一般連接到專用高速計(jì)數(shù)模塊,而絕對(duì)值編碼器多是輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào) ,并行輸出格雷碼 .格雷碼（Gray code，又叫循環(huán)二進(jìn)制碼或反射二進(jìn)

3、制碼，在數(shù)字系統(tǒng)中只能 識(shí)別 0 和 1,各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼才能進(jìn)行處理 ,格雷碼是一種無(wú)權(quán)碼 , 采用絕對(duì)編碼方式 , 典型格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特性地單步自補(bǔ)碼 , 它地循環(huán)、單步特性消除了隨機(jī)取數(shù)時(shí)出現(xiàn)重大誤差地可能 , 它地反射、自補(bǔ)特 性使得求反非常方便 . 格雷碼屬于可靠性編碼 , 是一種錯(cuò)誤最小化地編碼方式 . 因 為,自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào) ,但某些情況 ,例如從 十進(jìn)制地 3 轉(zhuǎn)換成 4 時(shí)二進(jìn)制碼地每一位都要變 , 使數(shù)字電路產(chǎn)生很大地尖峰 電流脈沖 .而格雷碼則沒(méi)有這一缺點(diǎn) ,它是一種數(shù)字排序系統(tǒng) , 其中地所有相鄰 整數(shù)在它們

4、地?cái)?shù)字表示中只有一個(gè)數(shù)字不同 . 它在任意兩個(gè)相鄰地?cái)?shù)之間轉(zhuǎn)換 時(shí),只有一個(gè)數(shù)位發(fā)生變化 .它大大地減少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)邏輯地 混淆. 另外因?yàn)樽畲髷?shù)與最小數(shù)之間也僅一個(gè)數(shù)不同 , 故通常又叫格雷反射碼或 循環(huán)碼 .除了常用地這些傳統(tǒng)信號(hào) , 目前還有許多通訊、現(xiàn)場(chǎng)總線型儀表 , 如 RS- 485、 HART、 AS-i、 CANopen、 DeviceNet、 Profibus DP 等現(xiàn)場(chǎng)總線 .這些儀表近 些年價(jià)格基本和傳統(tǒng)模擬儀表價(jià)格持平 ,且優(yōu)點(diǎn)較多 ,市場(chǎng)占有率越來(lái)越高 .2、 PLC 基本模塊介紹我們所說(shuō)地 PLC 是 Programmable Logic Contr

5、oller, 即可編程邏輯控制器 , 它地基本構(gòu)成為：電源、中央處理器CPU ）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口 .按模塊 分有：電源模塊、CPU、通訊模塊、I/O模塊 包括數(shù)字量和模擬量）、功能 模塊 PID 模塊、稱重模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等）等.當(dāng)前 PLC 地發(fā)展方向：小型化,大型化,網(wǎng)絡(luò)化.其功能越來(lái)越多 ,操作越來(lái)越簡(jiǎn)單 .對(duì)應(yīng)相應(yīng)地儀表設(shè)備，有不同地I/O模塊,分別可以接收不同地儀表信號(hào)以 Siemens為例,其I/O模塊種類有許多種,如我們廠用地較多地：6ES7 321 1BH02 0AA0,6ES7 321-1BL00-0AA0,6ES7 322-1FF01-0AA0,6ES7 322-1

6、HF01- 0AA0,6ES7322-1BL00-0AA0,6ES7331-7KF02-0AB0,6ES7331-7PF11-0AB0,6ES7 332-5HD01-0AB0等等.還有一些能夠接受通訊、總線型地儀表信號(hào) 地模塊如：6GK7 343-2AH00-0XA0,6ES7 340-1BH02-0AE0 等總之，儀表設(shè)備與 PLC模塊之間是互相依賴地，選擇合適地儀表與PLC模塊才能更好地工作.3、常用儀表與PLC連接一般情況下，在工業(yè)生產(chǎn)中，儀表設(shè)備地連接電纜都是采用屏蔽電纜 ，有地地 方需要用儀表專用電纜這都是為了保證儀表設(shè)備地正常工作，防止信號(hào)干擾加 裝配電器、隔離器、變送器等也起到抗

7、干擾地作用 .<1) 以 6ES7 331-7KF02-0AB0為例：總共八個(gè)通道，可以測(cè)量八路信號(hào)，分為四組,每組兩個(gè)通道.其有A、B、C、 D,4個(gè)量程卡，分別對(duì)應(yīng)地測(cè)量信號(hào)如下：測(cè)量范圍量程卡設(shè)置± 80 mV ± 250 mVA± 500 mV ± 1,000 mV150Q/300 Q/600 Q/Pt100/Ni100熱電偶N、E、J、K、L± 2.5 VB± 5 V1 V 至 U 5 V± 10 V4線制傳感器土 3.2 mAC± 10 mA0 mA 至 U 20 mA4 mA 至 U 20 mA

8、± 20 mA2線制傳感器4 mA到20 mAD根據(jù)所需測(cè)量信號(hào)地不同，選用不同地量和卡，如需測(cè)量熱電偶，則選用A,如 果測(cè)量信號(hào)為420mA :儀表設(shè)備不需供24V.DC則選用C,如需供24V.DC電 源，如直接連接到壓力變送器，則選用D.同時(shí)，在STEP7軟件中地硬件組態(tài)中，也要 作相應(yīng)地“測(cè)量類型”選擇，使之相對(duì)應(yīng)，才能正常使用對(duì)于未使用地通道，要考慮下列輸入地特性，以便能夠?qū)@些占用地通道啟用 診斷功能：電壓測(cè)量 < 除1 V到5V夕卜)并用于熱電偶：將未使用地通道短路，并將其連接到Mana.這可優(yōu)化模擬輸入模塊地抗干擾能力.對(duì)于未使用地通道，在硬 件組態(tài)地“測(cè)量類型”

9、參數(shù)中將其值設(shè)置為“禁用”.這樣可減少模塊地周期時(shí)間.測(cè)量范圍15 V :將同一通道組地使用和未使用輸入并聯(lián).電流測(cè)量，兩線制傳感器：有兩種通道電路接線選項(xiàng).1未使用地輸入開(kāi)路；禁用通道組診斷如果要啟用診斷，模擬模塊將觸發(fā) 單個(gè)診斷中斷，并使SF LED變亮.2使用1.5 k到3.3 k地電阻連接未使用地輸入.這就允許啟用此通道組地診 斷功能.電流測(cè)量420 mA,四線制傳感器：串聯(lián)連接同一通道組地未使用輸入.2）并行編碼器地連接絕對(duì)值編碼器信號(hào)輸出按接口分有：并行輸出、串行輸出、總線型輸出、 變送一體型輸出.按輸出電路類型分有：正弦波 電流或電壓），方波TTL、HTL）集電極開(kāi)路輸出PNR

10、NPN、推挽式輸出等.編碼器要正確連接到 PLC上,必須了解編碼器是那種輸出形式.如我們用地 歐姆龍E6CP-AG5C-編碼器,它就是NPN集電極開(kāi)路輸出，如圖：1E6CP-<1 (Inpn晶體管35 mA> I以下 卜 DC30V 以下|3 3Q4DC24V | 15輪出信號(hào)當(dāng)它正常工作時(shí)：接通時(shí)它要從輸出信號(hào)端吸入電流 ，所以我們必須在它地 信號(hào)輸出端接上源信號(hào),如圖：ODC24V115E6CP主回ra3 3<2Jnpn35mA 以下 DC30V 以下 is出信號(hào):COM©但是，如此接線 公共端接電源正極），并不是所有地PLC模塊都可以實(shí)現(xiàn)地如Siemens S

11、7 200系列可以，因?yàn)樗O(shè)計(jì)地是晶體管雙極性輸入,而S7300、400地?cái)?shù)字量輸入模塊則不可以如此接線,因?yàn)樗鼈兪枪怆姼綦x型地輸入類型，所以它們要接上這種類型地編碼器，必須加裝拉升電阻 即在電源和輸出信號(hào)之間加2K左右電阻），將NPN集電極開(kāi)路輸出編碼器變成電壓輸出型編碼器 如圖：這樣,在S7 300、400地?cái)?shù)字量輸入模塊上即可正常工作但是,由圖我們 可以看出其產(chǎn)生地通斷信號(hào) <進(jìn)入PLC地通斷信號(hào)）正好和原來(lái)地相反,所以,在 編程地時(shí)候，我們應(yīng)該將其信號(hào)取反.最后提一下二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼地方法： 二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼，其法則是保留格雷碼地最高位作為自然二進(jìn)制碼

12、地最高位，而次高位自然二進(jìn)制碼為高位自然二進(jìn)制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進(jìn)制碼地其余各位與次高位自然二進(jìn)制碼地求法相類似.如圖：某二進(jìn)制格雷碼為GGGq其對(duì)應(yīng)的自然二進(jìn)制碼為場(chǎng)一 1瓦一2R風(fēng)Bq |異或運(yùn)算; 相同為0 其中=最咼包保留= Gn相異為其他各位ffi Bi曰，2w-1例二進(jìn)制格雷碼為自然二逬制碼為10 1104、PLC輸出控制我們常見(jiàn)地PLC控制儀表設(shè)備有：電動(dòng)執(zhí)行器，電子執(zhí)行器，氣動(dòng)執(zhí)行器，伺 服控制器等等.這些設(shè)備一般都是數(shù)字量通斷控制或標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào) <420mA 控制,而現(xiàn)場(chǎng)總線控制設(shè)備，目前接解較少.控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可以分為閉環(huán)控制和開(kāi)環(huán)控制，它們地根本區(qū)

13、別在開(kāi)環(huán)控 制沒(méi)有反饋，而閉環(huán)控制有反饋.所謂地反饋指地是行為動(dòng)作所引起地效果.1).開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)地控制輸入不受輸出影響地控制系統(tǒng) ,按這種方式組成地系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控 制系統(tǒng) .在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中 ,不存在由輸出端到輸入端地反饋通路 ,因此 ,開(kāi)環(huán)控制 系統(tǒng)又稱為無(wú)反饋控制系統(tǒng) .開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對(duì)象組成 .控制器通常 具有功率放大地功能 .同閉環(huán)控制系統(tǒng)相比 ,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)地結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,容易實(shí)現(xiàn) , 并且比較經(jīng)濟(jì) . 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)地缺點(diǎn)是控制精度和抑制干擾地性能都比較差,而且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)地變動(dòng)很敏感 .因此,一般僅用于可以不考慮外界影響 ,或慣性小 ,或精 度要求不高地一些場(chǎng)合 .

14、2 ) . 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 由信號(hào)正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路地自動(dòng)控制系統(tǒng),閉環(huán)控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、又稱反饋控制系統(tǒng).就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化地信息來(lái)進(jìn)行控制 ,即通過(guò)比較系統(tǒng)行為 <輸出)與期望行為之間地偏差 ,并 消除偏差以獲得預(yù)期地系統(tǒng)性能 .在反饋控制系統(tǒng)中 ,既存在由輸入到輸出地信號(hào) 前向通路 ,也包含從輸出端到輸入端地信號(hào)反饋通路,兩者組成一個(gè)閉合地回路 .因此 ,反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng) .反饋控制是自動(dòng)控制地主要形式 .在項(xiàng)目上常把在運(yùn)行中使輸出量和期望值 保持一致地反饋控制系統(tǒng)稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,而把用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某種過(guò) 程

15、地反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng). 閉環(huán)控制系統(tǒng)由控制器、受控對(duì)象和反饋通路組成.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中 ,只要被控制量偏離規(guī)定值 ,就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地控制作用去消除偏差.因此 ,它具有抑制干擾地能力 ,對(duì)元件特性變化不敏感 ,并能改善系統(tǒng)地響應(yīng)特性 .PID 調(diào)節(jié)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制 地主要技術(shù)之一 ,PID 控制是閉環(huán)控制中最常用地控制方式 . 在 Siemens PLC 中 有專門地PID調(diào)節(jié)功能塊：FB41/42/43/58/59 , SFB41/42/43,它們必須在組織塊 OB35 中調(diào)用 .(1> 壓力,流量控制 FB/SFB41/42(2&g

16、t; 速度控制 , 位置控制 FB/SFB41(3> 張力控制 FB/SFB41(4> 溫度控制 FB/SFB41/42/43 FB58/59P、I、D分別指比例、積分、微分.在PID調(diào)節(jié)中，比例系數(shù)越大,調(diào)節(jié)越快, 過(guò)大則會(huì)引起系統(tǒng)震蕩幅度較大 . 積分時(shí)間越大則調(diào)節(jié)越慢 , 越小調(diào)節(jié)越快 , 過(guò)小 則震蕩.微分則與積分相反 ,時(shí)間越小調(diào)節(jié)越慢 .比例用來(lái)快速反應(yīng)誤差、積分用 來(lái)消除靜態(tài)誤差、微分用來(lái)克服震蕩 .復(fù)習(xí)題 ：1 、儀表設(shè)備常用地信號(hào)有哪些？2、列出 3 個(gè)西門子輸入模塊型號(hào) .3、為什么用420mA乍為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)？4、模塊6ES7 331-7KF02-0AB0能測(cè)量哪些儀表設(shè)備信號(hào)？5、編碼器E6CP-AG5用在S7-300輸入模塊上時(shí)為什么要用拉升電阻？6、PID調(diào)節(jié)中,P、I、D分別起什么作用？?jī)x表自動(dòng)化測(cè)試卷、填空題1、 整數(shù)IWO有位,它地最高位是I，最低位是I2、 儀表設(shè)備常用地信號(hào)有 、 、 、 、 等3、 在ABB DCS中,420mA信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換值為，熱電阻最大值對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換值為4、 BCD 碼 10001001等于二進(jìn)制數(shù) ,格雷碼 10110轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)等于5、PID 調(diào)節(jié)中 P 表示 I 表示 D 表示 6 、 一 個(gè) 12 位 絕 對(duì) 值 編 碼 器 ,12 位 地 意 思 是