數(shù)字化儀表及安控PLC基礎(chǔ)知識

數(shù)字化儀表及安控PLC基礎(chǔ)知識一、信號與儀表二、安控PLC產(chǎn)品介紹三、安控PLC應(yīng)用

在自然界里，錯綜復(fù)雜的信號都可以分為模擬信號和數(shù)字信號2類。模擬信號是指在時間上連續(xù)的信號，這類信號都有：溫度、壓力、流量等等。數(shù)字信號是指在時間上離散的信號，它的特點是非此即彼，屬于這里信號的有：開與關(guān)、是與非、真與甲等等。信號從PLC應(yīng)用角度來說，無論是模擬信號還是數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)據(jù)的流向每一種信號都可以分為輸入和輸出信號2種形式，如以下圖所示。信號模擬信號數(shù)字信號模擬輸入信號模擬輸出信號數(shù)字輸入信號數(shù)字輸出信號由儀表輸入到PLC的壓力等由PLC輸出到外部執(zhí)行機構(gòu)由現(xiàn)場輸入到PLC的開關(guān)狀態(tài)等由PLC輸出到繼電器控制信號等特殊的信號類型：485通信信號除了模擬量和數(shù)字量外，在PLC控制領(lǐng)域，還有一種重要的信號類型：485通信信號。這類儀表一般稱為智能儀表，它本身是讀取模擬量或者數(shù)字量類型的、但是其輸出并不是標準的信號類型。它是將采集到得信號以串口通信的方式輸出出來?，F(xiàn)在各種儀表都有485通信輸出接口的，如流量計、壓力變送器、含水分析儀等。這類儀表具有數(shù)據(jù)采集準確的特點。常用儀表介紹壓力變送器原理1壓力變送器是一種將壓力變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準輸出信號的儀表，而且輸出信號與壓力變量之間有一定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系〔通常為線性函數(shù)〕。壓力變送器通常由兩局部組成：感壓單元、信號處理和轉(zhuǎn)換單元。有些變送器增加了顯示單元，還有些具有現(xiàn)場總線功能。壓力變送器原理2

應(yīng)變式變送器：是將電阻應(yīng)變片粘合基體上，當基體受力變化，電阻應(yīng)變片產(chǎn)生形變使阻值改變，導(dǎo)致加在電阻上的電壓發(fā)生變化。

壓電式變送器：利用壓電晶體的壓電效應(yīng)。

壓阻式變送器：利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。

電容式：把彈性模片作為測量電容的一個極板。壓力變送器分類壓力變送器指標儀表量程：反映了壓力變送器的工作范圍，壓力變送器選型必須選擇其正常工作壓力在儀表量程2/3附近的儀表。儀表精度：精度是反映壓力變送器誤差的指標，一般用相對誤差表示，可以分為不同的精度等級:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.35,1.0,1.5,

2.5,4，值越小精度越高。輸出信號類型：

4-20mA信號、0-10V信號、485信號等。工作電壓：儀表需要外接的工作電壓，一般為24VDC。溫度變送器原理溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準輸出信號的儀表，而且輸出信號與壓力變量之間有一定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系〔通常為線性函數(shù)〕。溫度變送器根據(jù)其感溫元件主要分為2大類：熱電阻溫度變送器：熱電偶是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，，當導(dǎo)體A和B的兩點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢。熱電阻溫度變送器：熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進展溫度測量的。磁浮子液位計遠傳變送器工作筒指示器磁浮子液位計〔磁翻板液位計〕構(gòu)成遠傳式磁浮子液位計由磁浮子、工作筒、指示器、遠傳變送器組成〔見右圖〕。磁浮子液位計〔磁翻板液位計〕工作原理磁浮子液位計與被測容器構(gòu)成連通器，利用浮力原理和磁耦合，磁浮子隨被測介質(zhì)的液面的變化上下移動，浮子內(nèi)置永磁磁組與顯示器的磁柱之間產(chǎn)生磁性耦合作用，吸引外部顯示器磁柱的翻轉(zhuǎn)，從而現(xiàn)場顯示器可清晰地指示出液位的高度。同時磁浮子使遠傳變送器內(nèi)的垂直排列的干簧管吸合，使得輸出電阻變化，而轉(zhuǎn)化為輸出電信號。流量計介紹流量計是一種能夠測量介質(zhì)流動特性的儀表，它可以通過介質(zhì)流動的特性將其瞬時流量、累計流量等信息通過標準電流信號或者485通信的方式輸出出來。根據(jù)流量計構(gòu)造分類，流量計可以分為以下幾類：容積式流量計：它相當于一個標準容積的容器，通過介質(zhì)充滿容積的次數(shù)和時間等，得出瞬時流量等數(shù)據(jù)；葉輪式流量計：將葉輪放置于被測流體內(nèi)，受流體運動的沖擊，而使葉輪旋轉(zhuǎn)，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)快慢反響流量的大小。其輸出信號一般是脈沖；差壓式流量計：測量裝置放置于介質(zhì)管道內(nèi)，通過流體運動時在測量裝置兩側(cè)形成的壓力差而反響流量特性；電磁式流量計：應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場中運動，產(chǎn)生電動勢，而感應(yīng)電動式又和流量大小成正比的原理制造的；超聲波流量計：基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波速度的幾何和的原理而設(shè)計的；其他各種流量計……變頻器介紹變頻器是能夠改變供電頻率的一種電氣設(shè)備，其目的是能夠?qū)⒐╇婋娋W(wǎng)所提供的工頻50Hz的交流電，準換為頻率可變的交流電，從而到達調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。工作原理~~整流單元逆變單元工頻交流電電壓可變的直流電頻率可變的交流電變頻器是一個輸入、輸出信號很豐富的電氣設(shè)備。其二次回路可以通過設(shè)置實現(xiàn)很多數(shù)據(jù)的輸入和輸出。其中最重要的是頻率設(shè)定輸入，常用的方式有電位器調(diào)節(jié)、通信調(diào)節(jié)、4-20〔0-20〕mA電流調(diào)節(jié)等。一、信號與儀表二、安控PLC產(chǎn)品介紹三、安控PLC應(yīng)用

SUPERE50模塊底座安裝在DIN導(dǎo)軌支架上，模塊間的電源和通訊通過底座上的內(nèi)部總線連接器連接，組成一個底座組。I/O子系統(tǒng)模塊、控制器模塊及系統(tǒng)電源模塊均插接在安裝好的底座上。SUPERE50系統(tǒng)設(shè)備概述1、SUPERE50模塊底座有四種模塊：單模塊底座A〔用于電源模塊或端子擴展式I/O模塊〕。單模塊底座B〔用于主控制器模塊或通訊連接模塊〕。單模塊底座C〔用于I/O模塊〕。雙模塊底座A〔用于控制器模塊冗余〕。2、模塊內(nèi)部總線通過連接模塊底座上的內(nèi)部總線連接器組成。模塊內(nèi)部總線給控制器及I/O子系統(tǒng)提供5VDC電源，并提供底座上各模塊間的總線通信。一個底座組與另一底座組的總線連接由專用的擴展電纜實現(xiàn)。模塊內(nèi)部總線〔包括擴展電纜〕全長不大于5m。3、SUPERE50系統(tǒng)電源SUPERE50系統(tǒng)電源支持24VDC/5VDC電源。電源模塊的輸入電壓為24VDC，輸出電壓為5VDC，通過底座組的內(nèi)部總線給控制器及I/O模塊供電。電源模塊通常位于底座組的最左端〔第一槽位〕。4、SUPERE50控制器CPU控制器實現(xiàn)本地控制及I/O子系統(tǒng)與控制網(wǎng)絡(luò)之間的通信管理。控制器安裝在控制器模塊底座上，位于電源底座的右端〔第二槽位〕。您可以增加一個控制器用于控制器冗余。HC系列智能I/O模塊是SUPERE50PLC系統(tǒng)中的智能采集、控制模塊，實現(xiàn)對本系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制現(xiàn)場設(shè)備。通過內(nèi)部總線把現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳到CPU中。分別為HC101、HC112、HC121、HC133、HC141、HC201、HC501等模塊。I/O模塊介紹1、HC101(8AI)模塊

HC101型模塊是8路模擬量輸入模塊。I/O總線上可安裝32塊HC101模塊，得到256個模擬量輸入點。輸入端與壓力、液位、流量、溫度變送器，或其它高精度模擬信號源連接使用?，F(xiàn)場變送器送入HC101模塊的模擬信號為4～20mA的標準信號，并將其轉(zhuǎn)換為10000-50000的數(shù)值。模塊地址設(shè)置

HC101每個I/O模塊在系統(tǒng)中都有唯一的通訊地址。模塊通訊地址設(shè)置，通過對應(yīng)底座上的撥碼開關(guān)實現(xiàn)。模塊介紹撥碼開關(guān)信號存放器通過ESet工具設(shè)置后，控制器模塊通過模塊內(nèi)部總線讀取AI信號存放器〔在ESet工具中稱為從存放器〕值。HC101的各AI通道的采集數(shù)據(jù)值放在下表對應(yīng)的存放器中，信號類型為R_Input〔讀輸入存放器〕。各通道對應(yīng)的存放器地址詳細說明如下表所示。HC101LED指示燈

2、HC121(4AO)模塊

HC121型模塊是智能型4路4~20mA模擬量輸出模塊，輸出4路4~20mA的電流信號，輸出為16位分辨率。I/O總線上可安裝32個HC121模塊，測量128路觸點信號。HC121模塊可以控制電動閥門、電機控制器、溫度控制器以及其它需要模擬信號控制的設(shè)備。模塊地址設(shè)置

HC121每個I/O模塊在系統(tǒng)中都有唯一的通訊地址。模塊通訊地址設(shè)置，通過對應(yīng)底座上的撥碼開關(guān)實現(xiàn)。模塊介紹信號存放器通過ESet工具設(shè)置后，控制器模塊通過模塊內(nèi)部總線讀取AO信號存放器〔在ESet工具中稱為從存放器〕值。HC121的各AO通道的采集數(shù)據(jù)值放在下表對應(yīng)的存放器中，信號類型為W_Hold〔寫保持存放器〕。各通道對應(yīng)的存放器地址詳細說明如下表所示。HC121LED指示燈

3、HC141(4PI)模塊

HC141型模塊是智能型4路脈沖量輸入模塊，用于處理從現(xiàn)場來的脈沖量輸入信號。I/O總線上可安裝16個HC141模塊，測量64路脈沖輸入信號。模塊地址設(shè)置

HC141每個I/O模塊在系統(tǒng)中都有唯一的通訊地址。模塊通訊地址設(shè)置，通過對應(yīng)底座上的撥碼開關(guān)實現(xiàn)。模塊介紹信號存放器通過ESet工具設(shè)置后，控制器模塊通過模塊內(nèi)部總線讀取PI信號存放器〔在ESet工具中稱為從存放器〕值。HC141的各PI通道的采集數(shù)據(jù)值放在下表對應(yīng)的存放器中，信號類型為R_Input〔讀輸入存放器〕。各通道對應(yīng)的存放器地址詳細說明如下表所示。HC141LED指示燈

4、HC112(16DI)模塊

HC112型模塊是智能型16路DI數(shù)字采樣模塊，用于處理從現(xiàn)場來的電平型開關(guān)量輸入信號。I/O總線上可安裝32個HC112模塊，測量512路觸點信號。HC112模塊的16路DI量輸入分兩組，每8路為1組，組與組之間不共地；但是在一組中，信號通道是共地的。模塊地址設(shè)置

HC112每個I/O模塊在系統(tǒng)中都有唯一的通訊地址。模塊通訊地址設(shè)置，通過對應(yīng)底座上的撥碼開關(guān)實現(xiàn)。模塊介紹信號存放器通過ESet工具設(shè)置后，控制器模塊通過模塊內(nèi)部總線讀取DI信號存放器〔在ESet工具中稱為從存放器〕值。詳見?ESet配置手冊?HC112的各DI通道的采集數(shù)據(jù)值放在下表對應(yīng)的存放器中，信號類型為R_State〔讀狀態(tài)存放器〕。各通道對應(yīng)的存放器地址詳細說明如下表所示。HC112LED指示燈

5、HC133(16DO)模塊

HC133型模塊是智能型16路晶體管開關(guān)量輸出模塊，與之配套的繼電器，構(gòu)成完整的DO單元，用于給現(xiàn)場提供無源觸點型開關(guān)量輸出信號。從而控制現(xiàn)場設(shè)備的開/關(guān)、啟/停。I/O總線上可安裝32個HC133模塊，得到512路輸出信號。模塊地址設(shè)置

HC133每個I/O模塊在系統(tǒng)中都有唯一的通訊地址。模塊通訊地址設(shè)置，通過對應(yīng)底座上的撥碼開關(guān)實現(xiàn)。模塊介紹信號存放器通過ESet工具設(shè)置后，控制器模塊通過模塊內(nèi)部總線讀取DO信號存放器〔在ESet工具中稱為從存放器〕值。詳見?ESet配置手冊?HC133的各DO通道的采集數(shù)據(jù)值放在下表對應(yīng)的存放器中，信號類型為W_Coil〔寫多線圈存放器〕。各通道對應(yīng)的存放器地址詳細說明如下表所示。HC133LED指示燈

6、HC501控制器模塊〔CPU〕也稱CPU模塊，CPU模塊通過總線與I/O模塊進展通信，完成邏輯掃描、通訊及熱備任務(wù)，I/O數(shù)據(jù)通過總線周期傳輸，HC501控制器模塊是SUPERE50系統(tǒng)IO模塊的協(xié)調(diào)者，可以對模擬量I/O、數(shù)字量I/O和脈沖量輸入信號，完成數(shù)據(jù)采集、邏輯和過程控制等功能，根據(jù)模塊的配置，掃描周期為10ms~9h，具備CPU冗余功能。與IO模塊通信配置現(xiàn)場控制系統(tǒng)實現(xiàn)對本系統(tǒng)I/O模塊數(shù)據(jù)的采集控制，需要將I/O添加到控制器中，根據(jù)需求設(shè)置I/O采集時間及數(shù)據(jù)存儲的地址。詳見?ESet配置手冊?。模塊介紹CPU通訊端口HC501LED指示燈

7、HC201電源模塊為SUPERE50系統(tǒng)各類模塊提供內(nèi)部電源。指示燈如以下圖：模塊介紹一、信號與儀表二、安控PLC產(chǎn)品介紹三、安控PLC應(yīng)用

安控PLC的調(diào)試步驟：1、接線，按照具體信號類型、與對應(yīng)模塊的輸出線相連接，接完線后，需要對現(xiàn)場接線情況進展校驗后才能上電測試；2、配置，安控PLC由于有大量的信號模塊，要組成一個完整系統(tǒng)需要根據(jù)模塊安裝位置、規(guī)劃等進展一系列配置；另外安控PLC具有一系列方便的工具，通過配置可以簡化編程過程。以上配置都需要通過Eset工具實現(xiàn)；3、編程，根據(jù)現(xiàn)場工藝及控制需要，編制程序、檢查編譯并下載；ESet配置簡介EOpen安裝軟件分兩局部：

第一局部為OpenPCS編程軟件，需要先安裝。安裝這局部軟件后可以進展編程和仿真運行程序。編程軟件為。第二局部為ESet配置工具，只有安裝了這局部軟件才能對SuperE50PLC進展連接、參數(shù)及數(shù)據(jù)采集配置。SuperE50PLC的配置軟件為。ESet配置軟件的安裝步驟第一步：安裝編程軟件，默認路徑安裝即可；第二步：安裝配置軟件，默認路徑安裝即可；第三步：選擇【開場】→【程序】→【infoteamOpenPCS2021】?→【Licence】，輸入授權(quán)序列號和授權(quán)碼。說明：1．在安裝過程中彈出【infoteamOpenPCSLicences】對話窗口時，只需要在【Serial】和【Code】欄中輸入許可序列號和序列碼即可，其它欄可以不輸入。如果沒有l(wèi)icence，請與北京安控自動化股份聯(lián)系。2．在安裝過程中彈出【OpenPCS硬件添加工具】對話窗時，選擇【退出】按鈕即可。ESet配置運行1、啟動OpenPCS軟件在【開場】菜單中選擇【程序】→【infoteamOpenPCS2021】，即翻開ControlX框架：①菜單和工具欄②工程瀏覽器③編輯窗口④診斷輸出窗口屏幕分成4個區(qū)域：①菜單和工具欄②工程瀏覽器③編輯窗口④診斷輸出窗口啟動時默認翻開最近翻開過的工程。ESet配置運行2、運行ESet配置軟件在菜單欄點擊【其它】→【工具】按鈕，出現(xiàn)如下圖下拉列表。【事件參數(shù)設(shè)置】：用于配置秒事件、鬧鐘事件、日歷事件和時間事件。【控制器調(diào)試】：用于在線/離線讀寫CPU模塊的存放器值，查看CPU模塊或連接模塊的運行狀態(tài)，以及實現(xiàn)校時功能?！綪ID存放器配置】：用于配置PID控制器各個參數(shù)的存放器地址。【控制器初始化設(shè)置】：用于連接控制器首次運行時的操作。如去除OpenPCS、系統(tǒng)初始化、進入通訊測試狀態(tài)等。ESet配置運行【許可證編輯器】：填寫軟件的序列號?！綪C通信參數(shù)設(shè)置】：用于設(shè)置PC機與CPU模塊建立連接時的方式及連接時的通訊參數(shù)，如串口或網(wǎng)口等。【控制器通信參數(shù)設(shè)置】：用于設(shè)置現(xiàn)場模塊的根本通信參數(shù)，如網(wǎng)口通訊參數(shù)、串口通訊參數(shù)，熱備選擇等?！静杉瘮?shù)據(jù)塊設(shè)置】：用于配置I/O模塊的采集參數(shù)，如存放器地址、模塊通訊地址、采集速率等。用于設(shè)置PC機與CPU模塊建立連接時的方式及連接時的通訊參數(shù)，如串口或網(wǎng)口等。在OpenPCS中設(shè)置PC通訊參數(shù)的步驟如下：在菜單中選擇【其他】—>【工具】—>【PC通訊參數(shù)設(shè)置】。設(shè)置界面如圖：PC通信參數(shù)設(shè)置【站號】：Modbus協(xié)議站號，設(shè)置范圍為1～255，默認為1。【波特率】：根據(jù)實際使用的波特率進展選擇，范圍為110～256000，默認為9600。【超時】：設(shè)置范圍為1～10，默認為1?！狙訒r】：設(shè)置范圍為1～1000，默認為200?！就ㄓ嵾x擇】：選擇PC機的串口號，設(shè)置范圍為COM1～COM10。1、串口通信設(shè)置2、網(wǎng)口通信設(shè)置【通訊選擇】：TCP/IPServer【站號】：Modbus協(xié)議站號，設(shè)置范圍為1～255，默認為1。【IP地址】：PLC設(shè)備的IP地址【端口號】：設(shè)置為500主要用于設(shè)置CPU模塊的主要通信參數(shù)，如串口參數(shù)或網(wǎng)口參數(shù)、熱備狀態(tài)等。在OpenPCS中設(shè)置控制器通訊參數(shù)的步驟如下：在菜單中選擇【其他】—>【工具】—>【控制器通訊參數(shù)設(shè)置】。設(shè)置界面如圖：控制器通信參數(shù)設(shè)置以串口〔COM2〕通信為例介紹參數(shù)設(shè)置，此串口的參數(shù)設(shè)置必須與“PC通訊參數(shù)設(shè)置〞一樣〔波特率：9600；校驗：None；數(shù)據(jù)位：8；停頓位：1；接口模式RS232〕。設(shè)置界面如下：控制器通訊參數(shù)設(shè)置1、串口參數(shù)2、網(wǎng)口參數(shù)控制器通訊參數(shù)設(shè)置【物理地址】首位為“000〞，【IP地址】：PLC設(shè)備的IP地址，【端口號】：500，【站號】：默認為1.主要用于設(shè)置CPU模塊與用內(nèi)部總線連接的I/O模塊之間〔SuperE50〕存放器地址的一一對應(yīng)關(guān)系。設(shè)置界面如圖采集數(shù)據(jù)塊設(shè)置CPU模塊可通過總線讀/寫FC系列模塊，其配置如下：數(shù)據(jù)塊類型：總線數(shù)據(jù)塊。模塊地址：根據(jù)模塊底座撥碼確定。信號類型：R_Coil讀線圈存放器〔DO0####〕R_State讀狀態(tài)存放器(DI1####)R_Hold讀保持存放器(AO4####)R_Input讀輸入存放器〔AI3####〕W_Coil寫線圈存放器〔DO0####〕W_Hold寫保持存放器〔AO4####〕掃描時間：根據(jù)需要設(shè)定。主存放器：CPU模塊或連接模塊中的存放器。從存放器：I/O模塊或連接模塊中的存放器。存放器數(shù)量：讀/寫存放器的個數(shù)。事件參數(shù)對應(yīng)用戶編寫的OpenPCS應(yīng)用程序中各個中斷任務(wù)。設(shè)置界面如圖：事件參數(shù)設(shè)置在OpenPCS編程環(huán)境中，增加任務(wù)后，對著資源對話框點右鍵選擇【屬性】，彈出下面對話框，可改變?nèi)蝿?wù)屬性。編輯任務(wù)標準【中斷】欄下拉菜單：RESET――復(fù)位事件RTC_Check――校時事件RTC_Alarm――鬧鐘事件RTC_Second——秒事件RTC_Time――時間事件RTC_Calendar――日歷事件MS_Switch――熱備切換事件SYS_ERR――系統(tǒng)錯誤事件事件設(shè)置為使能并配置這些事件中斷。當采集數(shù)據(jù)塊設(shè)置完后并且連接上PLC時，就可以在控制器調(diào)試界面看到數(shù)據(jù)了。設(shè)置界面如圖：控制器調(diào)試在CPU模塊中可配置最多32個PID參數(shù)地址模塊，模塊編號為0～31。每一個PID參數(shù)地址模塊參數(shù)包括了12個存放器地址參數(shù)，這些存放器存放PID控制算法所需的參數(shù)。設(shè)置界面如圖：PID存放器設(shè)置配置了這些PID存放器地址后，再用OpenPCS程序或Modbus工具設(shè)置PID參數(shù)值。這樣就能夠使用PID了?！究刂破鞒跏蓟O(shè)置】主要用于初始化