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 ：常見煉鐵用一次儀表設(shè)備有：壓力變送器 ,差壓變送器 ,流量計 ,熱電偶,熱電阻, 電位器,稱重傳感器 ,物液）位計,編碼器,執(zhí)行器,測速測震探頭以及壓力表 ,溫度 計等.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，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 不是標(biāo)準(zhǔn)信號 ,需要通過二次儀表或變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號 .420mA.DC（1-5V.DC信號制是國際電工委員會 IEC）過程控制系統(tǒng)用模擬 信號標(biāo)準(zhǔn)我國從DDZ-川型儀表開始采用這一國際標(biāo)準(zhǔn)信號制，儀表傳輸信號采 用420mA

2、.DC,聯(lián)絡(luò)信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收地信號系統(tǒng)用 420mA 信號傳輸 ,回路中地電流不會隨電線長短而改變 ,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作為信號起點(diǎn)是因為420mA變送器兩線制地居多,3.5mA以下變送器無法 正常工作,4mA電流保證了變送器地靜態(tài)工作電流，同時儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC, 不與機(jī)械零點(diǎn)重合 ,有利于識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數(shù)模塊,而絕對值編碼器多是輸出開關(guān)量信號 ,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 ,格雷碼是一種無權(quán)碼 , 采用絕對編碼方式 , 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 ,但某些情況 ,例如從 十進(jìn)制地 3 轉(zhuǎn)換成 4 時二進(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、地數(shù)字表示中只有一個數(shù)字不同 . 它在任意兩個相鄰地數(shù)之間轉(zhuǎn)換 時,只有一個數(shù)位發(fā)生變化 .它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯地 混淆. 另外因為最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個數(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 , 目前還有許多通訊、現(xiàn)場總線型儀表 , 如 RS- 485、 HART、 AS-i、 CANopen、 DeviceNet、 Profibus DP 等現(xiàn)場總線 .這些儀表近 些年價格基本和傳統(tǒng)模擬儀表價格持平 ,且優(yōu)點(diǎn)較多 ,市場占有率越來越高 .2、 PLC 基本模塊介紹我們所說地 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.其功能越來越多 ,操作越來越簡單 .對應(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 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：總共八個通道，可以測量八路信號，分為四組,每組兩個通道.其有A、B、C、 D,4個量程卡，分別對應(yīng)地測量信號如下：測量范圍量程卡設(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)所需測量信號地不同，選用不同地量和卡，如需測量熱電偶，則選用A,如 果測量信號為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，在STEP7軟件中地硬件組態(tài)中，也要 作相應(yīng)地“測量類型”選擇，使之相對應(yīng)，才能正常使用對于未使用地通道，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.對于未使用地通道，在硬 件組態(tài)地“測量類型”

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間.測量范圍15 V :將同一通道組地使用和未使用輸入并聯(lián).電流測量，兩線制傳感器：有兩種通道電路接線選項.1未使用地輸入開路；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值編碼器信號輸出按接口分有：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輪出信號當(dāng)它正常工作時：接通時它要從輸出信號端吸入電流 ，所以我們必須在它地 信號輸出端接上源信號,如圖：ODC24V115E6CP主回ra3 3<2Jnpn35mA 以下 DC30V 以下 is出信號: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，因為它設(shè)計地是晶體管雙極性輸入,而S7300、400地數(shù)字量輸入模塊則不可以如此接線,因為它們是光電隔離型地輸入類型，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之間加2K左右電阻），將NPN集電極開路輸出編碼器變成電壓輸出型編碼器 如圖：這樣,在S7 300、400地數(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 <進(jìn)入PLC地通斷信號）正好和原來地相反,所以,在 編程地時候，我們應(yīng)該將其信號取反.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其對應(yīng)的自然二進(jìn)制碼為場一 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輸出控制我們常見地PLC控制儀表設(shè)備有：電動執(zhí)行器，電子執(zhí)行器，氣動執(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 <420mA 控制,而現(xiàn)場總線控制設(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)控制和開環(huán)控制，它們地根本區(qū)

13、別在開環(huán)控 制沒有反饋，而閉環(huán)控制有反饋.所謂地反饋指地是行為動作所引起地效果.1).開環(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)稱為開環(huán)控 制系統(tǒng) .在開環(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 ,開環(huán)控制 系統(tǒng)又稱為無反饋控制系統(tǒng) .開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對象組成 .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 ,開環(huán)控制系統(tǒng)地結(jié)構(gòu)簡單 ,容易實(shí)現(xiàn) , 并且比較經(jīng)濟(jì) . 開環(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,而且對系統(tǒng)參數(shù)地變動很敏感 .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合 .

14、2 ) . 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路地自動控制系統(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)輸出變化地信息來進(jìn)行控制 ,即通過比較系統(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 前向通路 ,也包含從輸出端到輸入端地信號反饋通路,兩者組成一個閉合地回路 .因此 ,反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng) .反饋控制是自動控制地主要形式 .在項目上常把在運(yùn)行中使輸出量和期望值 保持一致地反饋控制系統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,而把用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某種過 程

15、地反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng). 閉環(huán)控制系統(tǒng)由控制器、受控對象和反饋通路組成.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, 過大則會引起系統(tǒng)震蕩幅度較大 . 積分時間越大則調(diào)節(jié)越慢 , 越小調(diào)節(jié)越快 , 過小 則震蕩.微分則與積分相反 ,時間越小調(diào)節(jié)越慢 .比例用來快速反應(yīng)誤差、積分用 來消除靜態(tài)誤差、微分用來克服震蕩 .復(fù)習(xí)題 ：1 、儀表設(shè)備常用地信號有哪些？2、列出 3 個西門子輸入模塊型號 .3、為什么用420mA乍為標(biāo)準(zhǔn)信號？4、模塊6ES7 331-7KF02-0AB0能測量哪些儀表設(shè)備信號？5、編碼器E6CP-AG5用在S7-300輸入模塊上時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？儀表自動化測試卷、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)備常用地信號有 、 、 、 、 等3、 在ABB DCS中,420mA信號A/D轉(zhuǎn)換值為，熱電阻最大值對應(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 12 位 絕 對 值 編 碼 器 ,12 位 地 意 思 是