2.1工业现场设备

EMPOWERFORINDUSTRYGROWWITHPARTNERS工业现场设备学习目标

能够认知常见的工业现场设备能够识读可编程逻辑控制器的数据点位表能够掌握传感器和执行器的数据采集方法工业现场设备1.工业传感器在数据采集中，传感器起着至关重要的作用，就像是真实物理世界的探针，获取大量的数据。传感器是一种能把特定的信息转换成某种可用信号输出的器件和装置。工业现场设备1.工业传感器在自动控制设备里，由于气缸控制简单直接、成本低，很多动作都是由气缸来完成的。气缸的动作控制是靠电磁阀，磁性开关检测气缸位置，二者一起配合完成气缸动作执行。磁性开关的作用主要是用于检测气缸或油缸伸出和缩回是不是到了规定的位置，因此它会在气缸的前端和后端各安装一个磁性开关，当检测到气缸准确到位后，它就会控制继电器或者给PLC发出一个信号。我们可以理解为磁性开关功能类似于按钮，可以起通断作用。执行元件到位就闭合，不到位就断开。1.磁性开关工业现场设备1.工业传感器温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。非接触式的敏感元件与被测对象互不接触，这种传感器可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。温度传感器按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。2.温度传感器工业现场设备1.工业传感器压力传感器是一种可感知压力并将其转换为电信号的仪器，其数量取决于所施加的压力。工业自动化中使用的主要压力传感器包括压力传感器和真空传感器。压力传感器广泛用于工业和液压系统，这些高压工业自动化传感器也用于气候控制系统。当真空压力低于大气压时，会使用真空传感器，并且很难通过机械方法进行检测。这些传感器通常取决于电阻与温度相关的加热丝。当真空压力增加时，对流下降，导线温度上升。电阻成比例增加，并在压力附近进行校准，以便对真空进行有效测量。3.压力传感器工业现场设备1.工业传感器接近传感器是使用电磁场，光和声音检测物体的存在或不存在的一类传感器。接近传感器有很多类型，每种类型都适合特定的应用场景。电感式接近传感器的工作原理是利用电磁场，因此它只能检测金属目标。当金属靶进入电磁场时，金属的感应特性会改变磁场的特性，从而提醒接近传感器金属靶的存在。根据金属的感应程度，可以在更大或更短的距离处检测到目标。电容式接近传感器可以检测粉末，颗粒，液体和固体形式的金属和非金属目标。这加上它们对有色金属材料的感应能力，使其非常适合观察玻璃监视，罐液位检测和料斗粉液位识别。4.接近传感器工业现场设备1.工业传感器液位传感器在工业过程控制中非常常见，选择合适的液位传感器取决于其尺寸和几何形状。工业过程控制包括静液压和光学液位传感器，从简单的极限值检测到精确的连续液位传感。静水压传感器可以安装为潜水式传感器，用于在液体中定位，也可以使用螺纹连接到外部罐壁。5.液位传感器工业现场设备2.工业执行器执行器是接受调节器输出信号对调节对象施加作用的装置。通常用在驱动阀门等机械设备中。根据执行器使用的控制介质不同，可以分为：气动、电动和液动执行器三种。按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。按输入控制信号，执行器可以分为输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。工业现场设备3.PLC可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC

，是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC作为工业自动化领域最常用的控制器，通常用来与数控加工中心或工业机器人配合共同完成特定的生产控制任务。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、通信模块和电源等组成。1.PLC的定义工业现场设备3.PLCPLC的种类很多，但是结构大同小异，右图是典型的PLC控制系统组成方框图。

PLC控制系统组成2.PLC的组成工业现场设备3.PLC2.PLC的组成——CPUCPU又称中央处理器，它是PLC的控制中心，通过总线（包括数据总线、地址总线和控制总线）与存储器和各种接口连接，以控制它们有条不紊地工作。CPU的性能对PLC工作速度和效率有较大的影响，故大型PLC通常采用高性能的CPU。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成，它通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输岀接口电路连接。CPU在系统程序的控制下工作，通过扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等，然后将结果送到输出映像寄存器区域。工业现场设备3.PLC2.PLC的组成——存储器存储器的功能是存储程序和数据。PLC通常配有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两种存储器，ROM用来存储系统程序，RAM用来存储用户程序和程序运行时产生的数据。系统程序由厂家编写并固化在ROM存储器中，用户无法访问和修改系统程序。系统程序主要包括系统管理程序和指令解释程序。系统管理程序的功能是管理整个PLC，让内部各个电路能有条不紊地工作。指令解释程序的功能是将用户编写的程序翻译成CPU可以识别和执行的程序。用户程序是用户通过编程器输入存储器的程序，为了方便调试和修改，用户程序通常存放在RAM中，由于断电后RAM中的程序会丢失，因此RAM专门配有后备电池供电。有些PLC采用EEPRON（电可擦写只读存储器）来存储用户程序，由于EEPROM存储器中的内部可用电信号进行擦写，并且掉电后内容不会丢失，因此采用这种存储器后可不要备用电池。工业现场设备3.PLC2.PLC的组成——输入输出单元输入／输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，I/O接口是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备（如开关、按钮、传感器）的状态或信息读入CPU，用户程序运算与操作后，把结果经输出接口传送给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。输入接口对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号安全可靠地输入到PLC的内部。输出接口是把程序的结果输出到PLC的外部，输出接口具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。输出电路形式有继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出三种。数字量模块模拟量模块数字量输入模块（DI）模拟量输入模块（AI）数字量输出模块（DO）模拟量输出模块（AO）数字量输入/输出模块（DI/DO）模拟量输入/输出模块（AI/AO）信号模块种类：工业现场设备3.PLC3.PLC的数据类型第一种类型，首先说一说“位（bit）”，“位”英文名称为“bit”，它是PLC（计算机）的最小存储单位，其取值范围为“0”和“1”两种。按位存放的数据，在数据类型中，被称为“布尔型”（Bool）。第二种类型：字节（Byte）。八个“位”组成一个“字节（Byte）”。第三种类型：字符型（CHAR）。字符型类型的数据也占用一个字节，它内部存放的是该字符的ASCII码值。第四种类型：整型（INT）。整型数据占用两个字节（Byte），属于有符号数。第五种类型：字（WORD）。“字”类型也占用两个字节，但是它表示无符号数。第六种类型：双字（DoubleWORD）。“双字”由两个“字”组成，因此它包含四个字节。第七种类型：双整型（DoubleINT）。“双整型”类型由两个“整型”组成，也占用四个字节，不过它表示的是有符号数。第八种类型：实型（Real）。“实型”数据占用四个字节，用来表示浮点数。工业现场设备4.工控机工控机就是工业控制计算机，工控机是为工业生产控制而设计的专业的计算机，用于对工业生产过程中的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制的。因此，相对于个人PC机和服务器，工控机的工作环境是非常恶劣的，对数据的安全性要求是非常高的。为了使得机器能更好地工作，通常会进行区别于普通电脑的加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等非常特殊的处理。同时，工控机对于扩展功能的要求非常高，工控机往往需要单独定制才满足特定的外部设备的要求。工控机1.工控机的定义工业现场设备4.工控机2.工控机的特点可靠性：工控机常用于控制连续的生产过程，在运行期间不允许停机检修，一发生故障将会导致质量事故甚至生产事故。因此要求工控机具有很高的可靠性，低故障率和短维修时间。实时性：工控机必须实时地响应控制对象的各种参数的变化，才能对生产过程进行实时控制与监测。当过程参数出现偏差或故障时，能实时响应并实时地进行报警和处理。通常工控机配有实时多任务操作系统和中断系统。扩充性：工控机由于采用底板＋CPU卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可扩充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如车道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。软硬件兼容性：能同时利用ISA与PCI及PICMG资源并支持各种操作系统，多种编程语言，多任务操作系统，充分利用商用PC所积累的软、硬件资源。系统通信功能强：一般要求工控机机能构成大型计算机控制系统，具有远程通信功能，为满足实时性要求工控机的通信网络速度要高，并符合国际标准通信协议。工业现场设备5.工业HMIHMI是人机界面的缩写。我们在工业中使用HMI来控制和监视设备。大家经常会遇到常见的HMI是ATM机。屏幕和按钮使您可以操作机器完成取款或存款。没有HMI，在行业中很难实现自动化控制。HMI通常会以屏幕的形式出现，像计算机屏幕，而有时更多的是触摸屏。操作员或维护人员可以从HMI操作和监视设备。显示内容包括温度，压力，工艺步骤和材料计数等信息，也能输入一些参数控制生产过程。此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。人机界面HMI小结

传感器是一种能把特定的信息转换成某种可用信号输出的器件和装置。执行器是接受调节器输出信号对调节对象施加作用的装置，通常用在驱动阀门等机械设备中。PLC作为