工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 課件 任務(wù)4.2 工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)置

項(xiàng)目4工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)任務(wù)2工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)置

使用PLC采集溫濕度本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)如何通過PLC的模擬量采集功能，采集溫濕度變送器的實(shí)時(shí)溫度/濕度，并且設(shè)置當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，觸發(fā)紅色警示燈和蜂鳴器報(bào)警。知識(shí)點(diǎn)涉及溫濕度變送器原理，變送器與PLC的硬件連接，PLC軟件編程，模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換原理等。

使用PLC采集溫濕度如圖所示，本實(shí)驗(yàn)使用壁掛王字殼模擬量型溫濕度變送器，采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口0~10V模擬量信號(hào)輸出，可接入現(xiàn)場數(shù)顯表、PLC、變頻器、工控主機(jī)等設(shè)備。型號(hào)：RS-WS-V10-2，0~10V電壓輸出，溫度量程-40~+80攝氏度，濕度0%RH-100%RH。設(shè)備標(biāo)配是具有2路獨(dú)立的模擬量輸出。同時(shí)適應(yīng)三線制與四線制，寬電壓10~30V直流電源輸入。針對(duì)0-10V輸出型設(shè)備只能用24V供電。

使用PLC采集溫濕度該模擬量型溫濕度變送器一共六根線，具體的線序定義為兩根電源線，棕色電源正，黑色電源負(fù)，四根輸出線，藍(lán)色溫度信號(hào)正，綠色溫度信號(hào)負(fù)，黃色濕度信號(hào)正，白色濕度信號(hào)負(fù)。

使用PLC采集溫濕度本實(shí)驗(yàn)使用的聲光報(bào)警器如圖所示，電源為直流24V供電，一共五根線，黑線為公共線接地，其它四根線接通24V時(shí)現(xiàn)象如下：紅色線接通時(shí)紅燈亮，綠色線接通時(shí)綠燈亮，黃色線接通時(shí)黃燈亮，紫色線接通時(shí)聲音響。

使用PLC采集溫濕度模擬量型溫濕度變送器和聲光報(bào)警器與PLC的連接示意圖如圖所示，溫濕度變送器的綠色和白色接PLC模擬量輸入口的2M，藍(lán)色和黃色分別接PLC模擬量輸入口的0和1。聲光報(bào)警器紅色接Q0.0，紫色接Q0.3，風(fēng)扇接在Q0.4。

使用PLC采集溫濕度首先學(xué)習(xí)如何通過變送器的電壓轉(zhuǎn)換為溫度。RS-WS-V10溫濕度變送器的溫度量程是-40到+80攝氏度，0到10V輸出，當(dāng)輸出信號(hào)為5V時(shí)，計(jì)算當(dāng)前溫度值。解：此溫度量程的跨度為80-（-40）=120度，用10V電壓信號(hào)來表達(dá)，120度/10V=12度每V，即電壓1V代表溫度變化12度.測量值5V-0V=5V，5V*12度每V=60度。60+（-40）=20度，所以當(dāng)前溫度為20度。西門子S7-1200模擬量輸入/輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)值后的表示方法：模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼(整數(shù))來表示。最高位(第15位)為符號(hào)位，正數(shù)的符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1。

使用PLC采集溫濕度上表所示為西門子S7-1200模擬量輸入模塊的數(shù)值表示范圍，本實(shí)驗(yàn)使用的模擬量輸入模塊為單極性，0-10V輸入，可以看出模擬量輸入模塊將外部接入的0-10V轉(zhuǎn)換為了0-27648之間的數(shù)值，如果外部輸入過大，會(huì)造成上溢出斷電，保護(hù)PLC不受損壞。

使用PLC采集溫濕度PLC會(huì)將溫濕度變送器輸出的0-10V電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量0-27648，轉(zhuǎn)換后的數(shù)值假定為value，下面我們討論如何計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度。步驟1：采集到的實(shí)際電壓值通過此比例算出一個(gè)0-1之間的數(shù)，就是：OUT=(value-min)/(max-min)=value/27648。步驟2：實(shí)際溫度量程是-40到80，所以步驟1中value/27648對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為：value/27648*（80-（-40））+（-40）=value/27648*120-40

使用PLC采集溫濕度在項(xiàng)目名稱點(diǎn)擊右鍵-屬性，在彈出的頁面選擇常規(guī)-AI2，如圖所示：可以看到兩個(gè)模擬通道的地址分別為IW64和IW66，即溫濕度變送器在正確連接后，這兩個(gè)地址里面的數(shù)據(jù)就是電壓轉(zhuǎn)換后的0到27648中間的數(shù)字，然后我們需要編寫程序，將這兩個(gè)地址中的數(shù)字轉(zhuǎn)換為溫度和濕度。

使用PLC采集溫濕度我們可以使用標(biāo)準(zhǔn)化指令將PLC模擬通道采集到的數(shù)值計(jì)算出一個(gè)0到1之間的數(shù)，然后使用縮放指令根據(jù)溫度或濕度量程計(jì)算出實(shí)際的溫度或濕度。在左側(cè)程序段2中，PLC采集溫度并將溫度值存儲(chǔ)在MD16中，在程序段3中，PLC采集濕度并將濕度值存儲(chǔ)在MD24中，在程序段4中設(shè)置當(dāng)溫度大于等于33度時(shí)，觸發(fā)紅色警示燈和蜂鳴報(bào)警。 PLC串口通信編程實(shí)現(xiàn)串口簡稱串行接口，也稱串行通信接口，是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。其特點(diǎn)是通信線路簡單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。串口常見電平有TTL、RS232、RS485等。TTL電平一般為單片機(jī)串口引腳原始的電平，經(jīng)過專用的芯片可以轉(zhuǎn)換為RS232或RS485，RS232與RS485一直是弱電常見的通訊接口。 PLC串口通信編程實(shí)現(xiàn)由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：1、接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。2、傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。3、接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。4、傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右 PLC串口通信編程實(shí)現(xiàn)針對(duì)RS232接口以上不足，出現(xiàn)了RS485接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485具備以下的特點(diǎn)：1、邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號(hào)電平比RS232降低了，不易損壞電路的芯片。2、RS485通信速度快，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps；其內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和查分接收器的組合，抗干擾能力大大增加。3、傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)到1200米左右，但傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在9.6KB/s以下的傳輸速率，才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。4、可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)收發(fā)器，RS485有兩線制和四線制，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用。兩線制這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接256個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。 PLC串口通信編程實(shí)現(xiàn)本次課程中，我們使用S7-1200PLC讀取YS7001-RS485型溫度采集變送器的溫度，只需要將傳感器的485+、485-接入PLC的T/RB、T/RA引腳，具體接線如圖所示。 PLC串口通信編程實(shí)現(xiàn)TTL和RS232通信時(shí)都需要共地，同時(shí)RX與TX要交叉，比如主機(jī)的發(fā)送引腳TX要接從機(jī)的接收引腳RX，但RS485是差分信號(hào)，不需要接地，另外也不需要交叉，正常接法就是A接A，