PLC原理與應(yīng)用技術(shù)

1、第二講 硬件上采用分層分布式結(jié)構(gòu): 最上層由以太網(wǎng)連接了主、備前置機(jī)和系統(tǒng)服務(wù)器: 主、備前置機(jī)同時(shí)掛接在底層現(xiàn)場(chǎng)總線上: 互為熱備分: 負(fù)責(zé)搜集底層設(shè)備的數(shù)據(jù): 完成一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)關(guān)的功能， 第二層設(shè)備層部分選用了456 來完成變電站的一次設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、控制以及和上位機(jī)的通信等功能。 利用PLC的模擬量輸入點(diǎn)采集母線電壓、有功功率、無功功率等信號(hào), 以達(dá)到對(duì)線路進(jìn)行遙測(cè)的目的; 利用PLC 的開關(guān)量輸入點(diǎn)采集站內(nèi)一次運(yùn)行方式的斷路器、刀閘、接地刀閘位置等信號(hào),以達(dá)到對(duì)線路進(jìn)行遙信的目的; 利用PLC 的開關(guān)量輸出點(diǎn)電流的通斷控制斷路器的合閘、跳閘,以達(dá)到對(duì)線路進(jìn)行遙控的目的, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控

2、制功能;PLC 把所采集的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī) 前置機(jī).SIEMENS S7一226PLC，該系列PLC自帶24DI/16DO，4AI/IA O 的EM235和4AIEM231，通訊模塊EM277；Profibus一DP擴(kuò)展模塊；西門子TP170B觸摸屏作為現(xiàn)場(chǎng)操作面板。l PLC的組成l PLC的工作原理l PLC的特殊功能模塊l PLC的編程器與外部設(shè)備 中央處理單元中央處理單元CPU 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 I/O接口接口 模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊 開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊 開關(guān)量輸出模塊開關(guān)量輸出模塊 智能模塊智能模塊 接口和擴(kuò)展接口模塊接口和擴(kuò)展接口模塊 電源

3、模塊電源模塊 編程工具編程工具 專用編程器專用編程器 專用編程軟件專用編程軟件 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 基本功能基本功能 通過輸入裝置讀入外設(shè)的信號(hào)和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸通過輸入裝置讀入外設(shè)的信號(hào)和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸入信號(hào)、狀態(tài)進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過輸出裝置去控制入信號(hào)、狀態(tài)進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。外設(shè)。 外設(shè)包括：外設(shè)包括：I/OI/O模塊、模塊、OPOP、編程器、編程器例如：例如： 早期的早期的TI545TI545串口串口(19.2kbps(19.2kbps、38.4kbps)38.4kbps)臺(tái)灣的臺(tái)灣的FAMAFAMA串口、串口、EtherNetEtherNetSIEME

4、NS S7 CPU31xMPI(187.5kbps)SIEMENS S7 CPU31xMPI(187.5kbps)SIEMENS S7 CPU31xSIEMENS S7 CPU31x2MPI(187.5kbps)2MPI(187.5kbps) Profibus-DP(12Mbps) Profibus-DP(12Mbps)其它功能其它功能 網(wǎng)絡(luò)功能網(wǎng)絡(luò)功能* * 整體式模模塊塊式式COMX0X1X2X3X4X5X6匯點(diǎn)式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分組式分隔式將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字

5、信號(hào)送入主機(jī)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。低速大功率低速大功率高速小功率高速小功率高速大功率高速大功率將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。繼電器輸出繼電器輸出以以繼電器形式為例繼電器形式為例PLC內(nèi)內(nèi)部部電電路路內(nèi)內(nèi)部部電電路路J+YCOM-A/DA/D作用作用：將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號(hào)：將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號(hào)010mA、420mA、15VDC等等轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理

6、的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)變送器：變送器： 溫度變送器溫度變送器 壓力變送器壓力變送器 流量變送器流量變送器 液位變送器液位變送器 成分分析儀成分分析儀傳感器：傳感器： Pt100 Cu50 熱電偶熱電偶 現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào)420mA010mA15VDCmV、模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D、AI)端口端口(地址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023CPU數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023工程化轉(zhuǎn)換工程化轉(zhuǎn)換工程量工程量0100?kPa軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表硬件濾波硬件濾波如：如：RC濾波濾波軟件濾波軟件濾波如：中值濾波如：中值濾波 軟件軟件

7、RC濾波濾波 A/DA/D組成組成：一般是由：一般是由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、前置放大器前置放大器、采樣保持器采樣保持器、ADC（Analog to Digital Converter）等組成等組成 前置放大前置放大采樣保持采樣保持內(nèi)、外內(nèi)、外補(bǔ)償補(bǔ)償多路多路轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ADC光電光電隔離隔離數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)鎖存鎖存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線總線控制單元控制單元控制控制總線總線輸入信號(hào)輸入信號(hào)1輸入信號(hào)輸入信號(hào)nA/DA/D轉(zhuǎn)換通常有二種方式：轉(zhuǎn)換通常有二種方式： 逐次比較型逐次比較型 雙積分型雙積分型 A/D接口變化一個(gè)接口變化一個(gè)LSB（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入模擬量的最小變化量（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入

8、模擬量的最小變化量 例：例：12位位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入范圍轉(zhuǎn)換器，輸入范圍010VDC，分辨力，分辨力10/2122.44mV （）實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差 包括偏移誤差（包括偏移誤差（0輸入非輸入非0輸出）、非線性誤差等。輸出）、非線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分?jǐn)?shù)表示：如的分?jǐn)?shù)表示：如 等等從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間 模塊包含的模塊包含的A/D單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制 ：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)

9、轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA等等 如：如： 12位數(shù)字量（位數(shù)字量（04095） 420mA 2047 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果：對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果： 12mA調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥變頻器變頻器執(zhí)行器控制信號(hào)執(zhí)行器控制信號(hào)420mA010mA15VDC010VDC數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A、AO)端口端口(地址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023CPU工程量工程量0100軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023工程化反變換工程化反變換二進(jìn)制變化一個(gè)二進(jìn)制變化一個(gè)LSB（最低有效位）時(shí)（最低有效位）時(shí)D/A輸出模擬量的

10、最小變化量輸出模擬量的最小變化量 （）實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差 包括偏移誤差（包括偏移誤差（0輸入非輸入非0輸出）、非線性誤差等。輸出）、非線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分?jǐn)?shù)表示：如的分?jǐn)?shù)表示：如 等等當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi)當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi) （ 0.5x LSB）所經(jīng)歷的時(shí)間）所經(jīng)歷的時(shí)間 模塊包含的模塊包含的D/A 電流、電壓及輸出范圍電流、電壓及輸出范圍 SBSB3412兩種工作狀態(tài) 運(yùn)行運(yùn)行（RUN） / 停止停止（STOP）控制電路圖控制電路圖SB1SB2KMKMI/O分配：分配： X0：?jiǎn)?dòng)：?jiǎn)?dòng) X1：停車：停車 Y0：KMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接線圖外部接線圖Y0X1Y0X0程序：程序：梯形圖梯形圖PLC在【RUN】工作狀態(tài)時(shí)，完成內(nèi)部處理、通信服內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理所需的時(shí)間CPU讀輸入讀輸入輸入輸入/輸出輸出刷新時(shí)間刷新時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+一個(gè)