PLC原理與應用技術

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、備前置機和系統(tǒng)服務器: 主、備前置機同時掛接在底層現(xiàn)場總線上: 互為熱備分: 負責搜集底層設備的數(shù)據(jù): 完成一個實時網(wǎng)關的功能， 第二層設備層部分選用了456 來完成變電站的一次設備的數(shù)據(jù)采集、控制以及和上位機的通信等功能。 利用PLC的模擬量輸入點采集母線電壓、有功功率、無功功率等信號, 以達到對線路進行遙測的目的; 利用PLC 的開關量輸入點采集站內(nèi)一次運行方式的斷路器、刀閘、接地刀閘位置等信號,以達到對線路進行遙信的目的; 利用PLC 的開關量輸出點電流的通斷控制斷路器的合閘、跳閘,以達到對線路進行遙控的目的, 實現(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 前置機.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擴展模塊；西門子TP170B觸摸屏作為現(xiàn)場操作面板。l PLC的組成l PLC的工作原理l PLC的特殊功能模塊l PLC的編程器與外部設備 一 可編程序控制器的組成中央處理單元中央處理單元CPU 存儲器存儲器 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 開關量輸入模塊開關量輸入模塊 開關量輸出模塊開關量輸出模塊 智能模塊智能模塊 接口和擴展接口模塊

3、接口和擴展接口模塊 電源模塊電源模塊 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) 一可編程序控制器的組成1.可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)CPU模塊 基本功能基本功能 通過輸入裝置讀入外設的信號和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸通過輸入裝置讀入外設的信號和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸入信號、狀態(tài)進行處理，處理結(jié)果通過輸出裝置去控制入信號、狀態(tài)進行處理，處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設。外設。 外設包括：外設包括：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)38.4kbp

4、s)臺灣的臺灣的FAMAFAMA串口、串口、EtherNetEtherNetSIEMENS S7 CPU31xSIEMENS S7 CPU31xMPI(187.5kbps)MPI(187.5kbps)SIEMENS S7 CPU31xSIEMENS S7 CPU31x2 2MPI(187.5kbps)MPI(187.5kbps) Profibus-DP(12Mbps) Profibus-DP(12Mbps)其它功能其它功能 網(wǎng)絡功能網(wǎng)絡功能* * 2.可編程序控制器的物理結(jié)構(gòu)l整體式l模塊式l疊裝式一 可編程序控制器的組成整體式模模塊塊式式3.開關量I/O模塊的外部接線方式COMX0X1X2X

5、3X4X5X6匯點式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分組式分隔式一 可編程序控制器的組成4.輸入模塊一 可編程序控制器的組成將按鈕、行程開關或傳感器等產(chǎn)生的信號，將按鈕、行程開關或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。5.輸出模塊一 可編程序控制器的組成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向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外將主機向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。電

6、；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。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)場儀表輸出的（標準）模擬量信號：將現(xiàn)場儀表輸出的（標準）模擬量信號010mA、420mA、15VDC等等轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的數(shù)字信號變送器：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)場儀表模擬信號現(xiàn)場儀表模擬信號420mA010mA15VDCmV、模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換(

7、A/D、AI)端口端口(地址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號號0409501023CPU數(shù) 字 信數(shù) 字 信號號0409501023工程化轉(zhuǎn)換工程化轉(zhuǎn)換工程量工程量0100?kPa軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)檢測儀表檢測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)換開關多路轉(zhuǎn)換開關、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)、外補償補償多路多路轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ADC光電光電隔離隔離數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動驅(qū)

8、動鎖存鎖存數(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輸入信號1輸入信號輸入信號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接口變化一個接口變化一個LSB（二進制最低有效位）時輸入模擬量的最小變化量（二進制最低有效位）時輸入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

9、線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分數(shù)表示：如的分數(shù)表示：如 等等從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間轉(zhuǎn)換所需要的時間 模塊包含的模塊包含的A/D單極性、雙極性、信號范圍、信號制單極性、雙極性、信號范圍、信號制 ：將計算機內(nèi)部的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場儀表可以接收的標準信號：將計算機內(nèi)部的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場儀表可以接收的標準信號420mA等等 如：如： 12位數(shù)字量（位數(shù)字量（04095） 420mA 2047 對應的轉(zhuǎn)換結(jié)果：對應的轉(zhuǎn)換結(jié)果： 12mA調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥變頻器變頻器執(zhí)行器控制信號執(zhí)行器控制信號420mA010mA15VDC010V

10、DC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 信號號0409501023CPU工程量工程量0100軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號號0409501023工程化反變換工程化反變換二進制變化一個二進制變化一個LSB（最低有效位）時（最低有效位）時D/A輸出模擬量的最小變化量輸出模擬量的最小變化量 （）實際轉(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的分數(shù)表示：如的分數(shù)表示：如 等等當輸入數(shù)字量

11、變化時，輸出的模擬信號穩(wěn)定在相應的數(shù)值范圍之內(nèi)當輸入數(shù)字量變化時，輸出的模擬信號穩(wěn)定在相應的數(shù)值范圍之內(nèi) （ 0.5x LSB）所經(jīng)歷的時間）所經(jīng)歷的時間 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 8.本地I/O與遠程I/O一 可編程序控制器的組成 二可編程序控制器的工作原理0 、繼電器SBSB3412二可編程序控制器的工作原理繼電器作用兩種工作狀態(tài) 運行運行（RUN） / 停止停止（STOP）二可編程序控制器的工作原理1.PLC的掃描工作方式二可編程序控制器的工作原理2. PLC掃描程序執(zhí)行過程控制電路圖控制電路圖SB1SB2KMKMI/O分配：分配： X0：啟動：啟動 X1：停車：停車 Y0：KMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接線圖外部接線圖Y0X1Y0X0程序：程序：梯形圖梯形圖二可編程序控制器的工作原理3.掃描周期PLC在【RUN】工作狀態(tài)時，完成內(nèi)部處理、通信服內(nèi)部處理、通信服務、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理務、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理所需的時間二可編程序控制器的工作原理4.輸入、輸出滯后時間CPU讀輸入讀輸入輸入輸入/輸出輸出刷新時間刷新時間最短響應時間=輸入延遲時間+一個掃描周期+輸出延遲時間二可編程序控制器的編程器與外部設備1. 編程器 PCFP PROGR