PLC與儀表連接及控制

1、PLC 與儀表連接及控制暴振嶺1、儀表設備常用信號：常見煉鐵用一次儀表設備有：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、 、脈沖等 .而還有一些設備發(fā)出地信號不是標準信號 ,需要通過二次儀表或變送器轉(zhuǎn)換成標準信號 .420mA.DC(1-5V.DC> 信號制是國際電工委員會 <IEC ）過程控制系統(tǒng)用模擬信號標準 .我國從 DDZ- 型

2、儀表開始采用這一國際標準信號制 ,儀表傳輸信號采用 420mA.DC,聯(lián)絡信號采用 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、實用、功耗、成本地考慮 ,而選用 4mA 作為信號起點是因為 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 ,同時儀表電氣零點為 4mA.DC, 不與機械零點重合 ,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

3、關量信號 ,并行輸出格雷碼 .格雷碼 (Gray code>, 又叫循環(huán)二進制碼或反射二進制碼 , 在數(shù)字系統(tǒng)中只能識別 0 和 1, 各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為二進制代碼才能進行處理 , 格雷碼是一種無權碼 ,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)特性地單步自補碼,它地循環(huán)、單步特性消除了隨機取數(shù)時出現(xiàn)重大誤差地可能 , 它地反射、自補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 , 例如從十進制地 3 轉(zhuǎn)換成 4 時二進制碼地每一位都要變 , 使數(shù)字電路產(chǎn)生很大

4、地尖峰電流脈沖 . 而格雷碼則沒有這一缺點 , 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)點較多 ,市場占有率越來越高 .2、

5、PLC 基本模塊介紹我們所說地 PLC 是 Programmable Logic Controller, 即可編程邏輯控制器,它地基本構成為 :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 .當前 PLC 地發(fā)展方向：小型化 ,大型化 ,網(wǎng)絡化 .其功能越來越多 ,操作越來越簡單 .對應相應地儀表設備 ,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

6、廠用地較多地： 6ES7 3211BH02 0AA0,6ES7 321-1BL00-0AA0,6ES7 322-1FF01-0AA0,6ES7 322-1HF01-0AA0,6ES7 322-1BL00-0AA0,6ES7 331-7KF02-0AB0,6ES7 331-7PF11-0AB0,6ES7 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

7、連接一般情況下 ,在工業(yè)生產(chǎn)中 ,儀表設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 ,分別對應地測量信號如下：測量范圍量程卡設置± 80 mV± 250 mV± 500 mV± 1,000 mVA150/300 /600 /Pt100/Ni100熱電偶 N、E、J、K、L&#

8、177;2.5V± 5 VB1V 到5V±10 V4 線制傳感器 ± 3.2 mA±10 mA0 mA 到 20 mAC4 mA 到 20 mA± 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 4 20mA：儀表設備不需供 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 ,也要作相應地“測量類型”選擇 ,使之相對應 ,才能正常使用 .對于未使用地通道 ,要考慮

9、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 外）并用于熱電偶： 將未使用地通道短路 ,并將其連接到M ANA . 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”參數(shù)中將其值設置為“禁用”.這樣可減少模塊地周期時間 . 測量范圍 1 5 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

10、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 <PNP、 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-C編碼器 , 它就是 NPN集電極開路輸出 , 如圖：當它正常工作時：接通時它要從輸出信號端吸入電流 , 所以我們必須在

11、它地信號輸出端接上 源信號 , 如圖：但是 , 如此接線 <公共端接電源正極） , 并不是所有地PLC模塊都可以實現(xiàn)地 ,如 Siemens S7 200 系列可以 , 因為它設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 S7300、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 <

12、進入 PLC地通斷信號）正好和原來地相反 , 所以 , 在編程地時候 , 我們應該將其信號取反 .最后提一下二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼地方法：二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼,其法則是保留格雷碼地最高位作為自然二進制碼地最高位 ,而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或,而自然二進制碼地其余各位與次高位自然二進制碼地求法相類似.如圖：4、PLC輸出控制我們常見地 PLC控制儀表設備有：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 . 這些設備一般都是數(shù)字量通斷控制或標準模擬量信號 <4 20mA）控制 , 而現(xiàn)場總線控制設備 , 目前接解較少 .控制

13、系統(tǒng)從結構上可以分為閉環(huán)控制和開環(huán)控制 , 它們地根本區(qū)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)地結構簡單 ,容易實現(xiàn) , 并且比較經(jīng)濟 . 開環(huán)控制系統(tǒng)地缺點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

14、外界影響,或慣性小 ,或精度要求不高地一些場合 .2）.閉環(huán)控制系統(tǒng)由信號正向通路和反饋通路構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

15、確地跟隨或復現(xiàn)某種過程地反饋控制系統(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)地響應特性.PID 調(diào)節(jié)以其結構簡單、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/S

16、FB41/42(2> 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 . 比例用來快速反應誤差、積分用來消除靜態(tài)誤差、微分用來克服震蕩 .復習題 ：1、儀表設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作為標準信號？4、

17、模塊 6ES7 331-7KF02-0AB0 能測量哪些儀表設備信號？5、編碼器 E6CP-AG5C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？儀表自動化測試卷一、填空題1、整數(shù) IW0有 _位, 它地最高位是 I_,最低位是 I_2、儀表設備常用地信號有_、_、_、_、 _等3、在 ABBDCS 中 ,420mA 信號 A/D 轉(zhuǎn)換值為 _,熱電阻最大值對應轉(zhuǎn)換值為 _4、BCD 碼 10001001 等于二進制數(shù) _,格雷碼 10110 轉(zhuǎn)換成二進制數(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：_7、絕對值編碼器信號輸出按接口分有_、 _、 _、 _8