PLC原理与应用技术

1、第二讲 硬件上采用分层分布式结构: 最上层由以太网连接了主、备前置机和系统服务器: 主、备前置机同时挂接在底层现场总线上: 互为热备分: 负责搜集底层设备的数据: 完成一个实时网关的功能， 第二层设备层部分选用了456 来完成变电站的一次设备的数据采集、控制以及和上位机的通信等功能。 利用PLC的模拟量输入点采集母线电压、有功功率、无功功率等信号, 以达到对线路进行遥测的目的; 利用PLC 的开关量输入点采集站内一次运行方式的断路器、刀闸、接地刀闸位置等信号,以达到对线路进行遥信的目的; 利用PLC 的开关量输出点电流的通断控制断路器的合闸、跳闸,以达到对线路进行遥控的目的, 实现数据采集与控

2、制功能;PLC 把所采集的数据传送给上位机 前置机.SIEMENS S7一226PLC，该系列PLC自带24DI/16DO，4AI/IA O 的EM235和4AIEM231，通讯模块EM277；Profibus一DP扩展模块；西门子TP170B触摸屏作为现场操作面板。l PLC的组成l PLC的工作原理l PLC的特殊功能模块l PLC的编程器与外部设备 中央处理单元中央处理单元CPU 存储器存储器 I/O接口接口 模拟量输入模块模拟量输入模块 模拟量输出模块模拟量输出模块 开关量输入模块开关量输入模块 开关量输出模块开关量输出模块 智能模块智能模块 接口和扩展接口模块接口和扩展接口模块 电源

3、模块电源模块 编程工具编程工具 专用编程器专用编程器 专用编程软件专用编程软件 软件系统软件系统 基本功能基本功能 通过输入装置读入外设的信号和状态，用户程序根据输通过输入装置读入外设的信号和状态，用户程序根据输入信号、状态进行处理，处理结果通过输出装置去控制入信号、状态进行处理，处理结果通过输出装置去控制外设。外设。 外设包括：外设包括：I/OI/O模块、模块、OPOP、编程器、编程器例如：例如： 早期的早期的TI545TI545串口串口(19.2kbps(19.2kbps、38.4kbps)38.4kbps)台湾的台湾的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 网络功能网络功能* * 整体式模模块块式式COMX0X1X2X3X4X5X6汇点式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分组式分隔式将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字

5、信号送入主机。转换成数字信号送入主机。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将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。继电器输出继电器输出以以继电器形式为例继电器形式为例PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+YCOM-A/DA/D作用作用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号010mA、420mA、15VDC等等转化为计算机可以处理

6、的数字信号转化为计算机可以处理的数字信号变送器：变送器： 温度变送器温度变送器 压力变送器压力变送器 流量变送器流量变送器 液位变送器液位变送器 成分分析仪成分分析仪传感器：传感器： Pt100 Cu50 热电偶热电偶 现场仪表模拟信号现场仪表模拟信号420mA010mA15VDCmV、模数转换模数转换(A/D、AI)端口端口(地址地址)数 字 信数 字 信号号0409501023CPU数 字 信数 字 信号号0409501023工程化转换工程化转换工程量工程量0100?kPa软件实现软件实现检测仪表检测仪表硬件滤波硬件滤波如：如：RC滤波滤波软件滤波软件滤波如：中值滤波如：中值滤波 软件软件

7、RC滤波滤波 A/DA/D组成组成：一般是由：一般是由多路转换开关多路转换开关、前置放大器前置放大器、采样保持器采样保持器、ADC（Analog to Digital Converter）等组成等组成 前置放大前置放大采样保持采样保持内、外内、外补偿补偿多路多路转换转换ADC光电光电隔离隔离数据数据驱动驱动锁存锁存数据数据总线总线控制单元控制单元控制控制总线总线输入信号输入信号1输入信号输入信号nA/DA/D转换通常有二种方式：转换通常有二种方式： 逐次比较型逐次比较型 双积分型双积分型 A/D接口变化一个接口变化一个LSB（二进制最低有效位）时输入模拟量的最小变化量（二进制最低有效位）时输入

8、模拟量的最小变化量 例：例：12位位A/D转换器，输入范围转换器，输入范围010VDC，分辨力，分辨力10/2122.44mV （）实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（包括偏移误差（0输入非输入非0输出）、非线性误差等。输出）、非线性误差等。 线性误差通常以线性误差通常以LSB的分数表示：如的分数表示：如 等等从启动转换到转换结束完成一次从启动转换到转换结束完成一次A/D转换所需要的时间转换所需要的时间 模块包含的模块包含的A/D单极性、双极性、信号范围、信号制单极性、双极性、信号范围、信号制 ：将计算机内部的数字信号

9、转化为现场仪表可以接收的标准信号：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号420mA等等 如：如： 12位数字量（位数字量（04095） 420mA 2047 对应的转换结果：对应的转换结果： 12mA调节阀调节阀变频器变频器执行器控制信号执行器控制信号420mA010mA15VDC010VDC数模转换数模转换(D/A、AO)端口端口(地址地址)数 字 信数 字 信号号0409501023CPU工程量工程量0100软件实现软件实现数 字 信数 字 信号号0409501023工程化反变换工程化反变换二进制变化一个二进制变化一个LSB（最低有效位）时（最低有效位）时D/A输出模拟量的

10、最小变化量输出模拟量的最小变化量 （）实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（包括偏移误差（0输入非输入非0输出）、非线性误差等。输出）、非线性误差等。 线性误差通常以线性误差通常以LSB的分数表示：如的分数表示：如 等等当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内 （ 0.5x LSB）所经历的时间）所经历的时间 模块包含的模块包含的D/A 电流、电压及输出范围电流、电压及输出范围 SBSB3412两种工作状态 运行运行（RUN） / 停止停止（STOP）控制电路图控制电路图SB1SB2KMKMI/O分配：分配： X0：启动：启动 X1：停车：停车 Y0：KMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接线图外部接线图Y0X1Y0X0程序：程序：梯形图梯形图PLC在【RUN】工作状态时，完成内部处理、通信服内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理务、输入处理、程序执行、输出处理所需的时间CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最短响应时间=输入延迟时间+一个