PLC与仪表连接及控制

1、PLC 与仪表连接及控制暴振岭1、仪表设备常用信号 ：常见炼铁用一次仪表设备有：压力变送器 ,差压变送器 ,流量计 ,热电偶,热电阻, 电位器,称重传感器 ,物液）位计,编码器,执行器,测速测震探头以及压力表 ,温度 计等.这些一次仪表设备要接入PLC系统,必须能够发出PLC能接受地信号，就是 我们常用到地如：V、mV、420mA、Q、脉冲等.而还有一些设备发出地信号 不是标准信号 ,需要通过二次仪表或变送器转换成标准信号 .420mA.DC（1-5V.DC信号制是国际电工委员会 IEC）过程控制系统用模拟 信号标准我国从DDZ-川型仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采 用420mA

2、.DC,联络信号采用1-5V.DC，即采用电流传输、电压接收地信号系统用 420mA 信号传输 ,回路中地电流不会随电线长短而改变 ,从而保证了传送 地精度 .最大电流 20mA 选择是基于：安全、实用、功耗、成本地考虑 ,而选用 4mA作为信号起点是因为420mA变送器两线制地居多,3.5mA以下变送器无法 正常工作,4mA电流保证了变送器地静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA.DC, 不与机械零点重合 ,有利于识别断电和短线等故障 .我厂使用地增量编码器一般连接到专用高速计数模块,而绝对值编码器多是输出开关量信号 ,并行输出格雷码 .格雷码（Gray code，又叫循环二进制码或反射二进

3、制码，在数字系统中只能 识别 0 和 1,各种数据要转换为二进制代码才能进行处理 ,格雷码是一种无权码 , 采用绝对编码方式 , 典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性地单步自补码 , 它地循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差地可能 , 它地反射、自补特 性使得求反非常方便 . 格雷码属于可靠性编码 , 是一种错误最小化地编码方式 . 因 为,自然二进制码可以直接由数 /模转换器转换成模拟信号 ,但某些情况 ,例如从 十进制地 3 转换成 4 时二进制码地每一位都要变 , 使数字电路产生很大地尖峰 电流脉冲 .而格雷码则没有这一缺点 ,它是一种数字排序系统 , 其中地所有相邻 整数在它们

4、地数字表示中只有一个数字不同 . 它在任意两个相邻地数之间转换 时,只有一个数位发生变化 .它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑地 混淆. 另外因为最大数与最小数之间也仅一个数不同 , 故通常又叫格雷反射码或 循环码 .除了常用地这些传统信号 , 目前还有许多通讯、现场总线型仪表 , 如 RS- 485、 HART、 AS-i、 CANopen、 DeviceNet、 Profibus DP 等现场总线 .这些仪表近 些年价格基本和传统模拟仪表价格持平 ,且优点较多 ,市场占有率越来越高 .2、 PLC 基本模块介绍我们所说地 PLC 是 Programmable Logic Contr

5、oller, 即可编程逻辑控制器 , 它地基本构成为：电源、中央处理器CPU ）、存储器、输入输出接口 .按模块 分有：电源模块、CPU、通讯模块、I/O模块 包括数字量和模拟量）、功能 模块 PID 模块、称重模块、高速计数模块等）等.当前 PLC 地发展方向：小型化,大型化,网络化.其功能越来越多 ,操作越来越简单 .对应相应地仪表设备，有不同地I/O模块,分别可以接收不同地仪表信号以 Siemens为例,其I/O模块种类有许多种,如我们厂用地较多地：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.还有一些能够接受通讯、总线型地仪表信号 地模块如：6GK7 343-2AH00-0XA0,6ES7 340-1BH02-0AE0 等总之，仪表设备与 PLC模块之间是互相依赖地，选择合适地仪表与PLC模块才能更好地工作.3、常用仪表与PLC连接一般情况下，在工业生产中，仪表设备地连接电缆都是采用屏蔽电缆 ，有地地 方需要用仪表专用电缆这都是为了保证仪表设备地正常工作，防止信号干扰加 装配电器、隔离器、变送器等也起到抗

7、干扰地作用 .<1) 以 6ES7 331-7KF02-0AB0为例：总共八个通道，可以测量八路信号，分为四组,每组两个通道.其有A、B、C、 D,4个量程卡，分别对应地测量信号如下：测量范围量程卡设置± 80 mV ± 250 mVA± 500 mV ± 1,000 mV150Q/300 Q/600 Q/Pt100/Ni100热电偶N、E、J、K、L± 2.5 VB± 5 V1 V 至 U 5 V± 10 V4线制传感器土 3.2 mAC± 10 mA0 mA 至 U 20 mA4 mA 至 U 20 mA

8、± 20 mA2线制传感器4 mA到20 mAD根据所需测量信号地不同，选用不同地量和卡，如需测量热电偶，则选用A,如 果测量信号为420mA :仪表设备不需供24V.DC则选用C,如需供24V.DC电 源，如直接连接到压力变送器，则选用D.同时，在STEP7软件中地硬件组态中，也要 作相应地“测量类型”选择，使之相对应，才能正常使用对于未使用地通道，要考虑下列输入地特性，以便能够对这些占用地通道启用 诊断功能：电压测量 < 除1 V到5V夕卜)并用于热电偶：将未使用地通道短路，并将其连接到Mana.这可优化模拟输入模块地抗干扰能力.对于未使用地通道，在硬 件组态地“测量类型”

9、参数中将其值设置为“禁用”.这样可减少模块地周期时间.测量范围15 V :将同一通道组地使用和未使用输入并联.电流测量，两线制传感器：有两种通道电路接线选项.1未使用地输入开路；禁用通道组诊断如果要启用诊断，模拟模块将触发 单个诊断中断，并使SF LED变亮.2使用1.5 k到3.3 k地电阻连接未使用地输入.这就允许启用此通道组地诊 断功能.电流测量420 mA,四线制传感器：串联连接同一通道组地未使用输入.2）并行编码器地连接绝对值编码器信号输出按接口分有：并行输出、串行输出、总线型输出、 变送一体型输出.按输出电路类型分有：正弦波 电流或电压），方波TTL、HTL）集电极开路输出PNR

10、NPN、推挽式输出等.编码器要正确连接到 PLC上,必须了解编码器是那种输出形式.如我们用地 欧姆龙E6CP-AG5C-编码器,它就是NPN集电极开路输出，如图：1E6CP-<1 (Inpn晶体管35 mA> I以下 卜 DC30V 以下|3 3Q4DC24V | 15輪出信号当它正常工作时：接通时它要从输出信号端吸入电流 ，所以我们必须在它地 信号输出端接上源信号,如图：ODC24V115E6CP主回ra3 3<2Jnpn35mA 以下 DC30V 以下 is出信号:COM©但是，如此接线 公共端接电源正极），并不是所有地PLC模块都可以实现地如Siemens S

11、7 200系列可以，因为它设计地是晶体管双极性输入,而S7300、400地数字量输入模块则不可以如此接线,因为它们是光电隔离型地输入类型，所以它们要接上这种类型地编码器，必须加装拉升电阻 即在电源和输出信号之间加2K左右电阻），将NPN集电极开路输出编码器变成电压输出型编码器 如图：这样,在S7 300、400地数字量输入模块上即可正常工作但是,由图我们 可以看出其产生地通断信号 <进入PLC地通断信号）正好和原来地相反,所以,在 编程地时候，我们应该将其信号取反.最后提一下二进制格雷码转换成自然二进制码地方法： 二进制格雷码转换成自然二进制码，其法则是保留格雷码地最高位作为自然二进制码

12、地最高位，而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或，而自然二进制码地其余各位与次高位自然二进制码地求法相类似.如图：某二进制格雷码为GGGq其对应的自然二进制码为场一 1瓦一2R風Bq |异或运算; 相同为0 其中=最咼包保留= Gn相异为其他各位ffi Bi曰，2w-1例二进制格雷码为自然二逬制码为10 1104、PLC输出控制我们常见地PLC控制仪表设备有：电动执行器，电子执行器，气动执行器，伺 服控制器等等.这些设备一般都是数字量通断控制或标准模拟量信号 <420mA 控制,而现场总线控制设备，目前接解较少.控制系统从结构上可以分为闭环控制和开环控制，它们地根本区

13、别在开环控 制没有反馈，而闭环控制有反馈.所谓地反馈指地是行为动作所引起地效果.1).开环控制系统 系统地控制输入不受输出影响地控制系统 ,按这种方式组成地系统称为开环控 制系统 .在开环控制系统中 ,不存在由输出端到输入端地反馈通路 ,因此 ,开环控制 系统又称为无反馈控制系统 .开环控制系统由控制器与被控对象组成 .控制器通常 具有功率放大地功能 .同闭环控制系统相比 ,开环控制系统地结构简单 ,容易实现 , 并且比较经济 . 开环控制系统地缺点是控制精度和抑制干扰地性能都比较差,而且对系统参数地变动很敏感 .因此,一般仅用于可以不考虑外界影响 ,或惯性小 ,或精 度要求不高地一些场合 .

14、2 ) . 闭 环 控 制 系 统 由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路地自动控制系统,闭环控制是将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环、又称反馈控制系统.就是根据系统输出变化地信息来进行控制 ,即通过比较系统行为 <输出)与期望行为之间地偏差 ,并 消除偏差以获得预期地系统性能 .在反馈控制系统中 ,既存在由输入到输出地信号 前向通路 ,也包含从输出端到输入端地信号反馈通路,两者组成一个闭合地回路 .因此 ,反馈控制系统又称为闭环控制系统 .反馈控制是自动控制地主要形式 .在项目上常把在运行中使输出量和期望值 保持一致地反馈控制系统称为自动调节系统 ,而把用来精确地跟随或复现某种过 程

15、地反馈控制系统称为伺服系统或随动系统. 闭环控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成.在闭环控制系统中 ,只要被控制量偏离规定值 ,就会产生相应地控制作用去消除偏差.因此 ,它具有抑制干扰地能力 ,对元件特性变化不敏感 ,并能改善系统地响应特性 .PID 调节以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制 地主要技术之一 ,PID 控制是闭环控制中最常用地控制方式 . 在 Siemens PLC 中 有专门地PID调节功能块：FB41/42/43/58/59 , SFB41/42/43,它们必须在组织块 OB35 中调用 .(1> 压力,流量控制 FB/SFB41/42(2&g

16、t; 速度控制 , 位置控制 FB/SFB41(3> 张力控制 FB/SFB41(4> 温度控制 FB/SFB41/42/43 FB58/59P、I、D分别指比例、积分、微分.在PID调节中，比例系数越大,调节越快, 过大则会引起系统震荡幅度较大 . 积分时间越大则调节越慢 , 越小调节越快 , 过小 则震荡.微分则与积分相反 ,时间越小调节越慢 .比例用来快速反应误差、积分用 来消除静态误差、微分用来克服震荡 .复习题 ：1 、仪表设备常用地信号有哪些？2、列出 3 个西门子输入模块型号 .3、为什么用420mA乍为标准信号？4、模块6ES7 331-7KF02-0AB0能测量哪些仪表设备信号？5、编码器E6CP-AG5用在S7-300输入模块上时为什么要用拉升电阻？6、PID调节中,P、I、D分别起什么作用？仪表自动化测试卷、填空题1、 整数IWO有位,它地最高位是I，最低位是I2、 仪表设备常用地信号有 、 、 、 、 等3、 在ABB DCS中,420mA信号A/D转换值为，热电阻最大值对应转换值为4、 BCD 码 10001001等于二进制数 ,格雷码 10110转换成二进制数等于5、PID 调节中 P 表示 I 表示 D 表示 6 、 一 个 12 位 绝 对 值 编 码 器 ,12 位 地 意 思 是