plc水箱液位过程控制信号波动大,进plc信号线电流正常,并不波动。

PLC的控制信号2 -- 微型PLC -- 工控网博客
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物尽其用,物超所值& &
发表于: 16:45:21
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模拟量信号有有很多如电流、电压、温度、流量、压力、转速、湿度、亮度、液位、酸碱度、位移等,对于PLC主要使用的是电流、电压。(电流0-20mA,4-20mA,-10-10mA,直流电压0-10V,-10-10V,0-5V等)。最常用的是4-20mA,0-10V,这些信号常用于远距离传输。电压信号在传输过程中要受到诸如传输距离等条件的限制,而电流信号在传输过程中干扰对它的影响较小,因此应尽量采用电流信号。不过电压信号可以经由A/D转换器件转换成数字信号然后采集,但是电流不能直接由A/D 转换器转换。在应用中,先将电流转变成电压信号,然后进行转换。
下面是其他前辈解释电流信号的好处:模拟量电流信号为什么要取4-20mA? 1. 电流信号抗干扰能力好,可以传输比较远。双芯1平方的导线100M才3.4欧,和负载电阻250欧或500欧比较可以忽略2. 接250欧或500欧采样电阻,很容易得到1-5V或2-10V信号3. 电流很小,可以直接接采样电阻,功耗小,简化了采样电路4. 4mA作为零点可以区分是信号为0,还是信号断开没有输出 5 & 把不同的传感器的0点和满量程都设置为同样的信号,这样过去的模拟调节仪表才不用考虑其输入信号该是什么,输出该是什么 (/blog/read.php?bloggerid=244891&blogid=76576)
模拟量输入在过程控制中的应用很广,如温度、压力、速度、流量、酸碱度、位移的各种工业检测都是对应于电压、电流的模拟量值,再通过一定运算(PID)后,控制生产过程达到一定的目的。模拟量输入电平大多是从传感器通过变换后得到的。模拟量输入单元的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成PLC内部处理的、由若干位表示的数字信号。模拟量输入单元一般由滤波、A/D转换器、光耦合器隔离等部分组成。
模拟量输出作用是把PLC运算处理后的若干位数字量信号转换成相应的模拟量信号然后输出,以满足生产过程现场连续信号的控制要求。模拟量输出单元一般由光耦合器隔离、D/A转换器和信号转换等部分组成。模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号转换成4~20 mA的电流输出信号或0~10 V、0~5 V的电压输出信号,以提供给执行机构。因此模拟量输出模块又叫D/A转换输出模块。(http://www./jingpinke/kebiancheng/jiaoan/222.ppt)
模拟量控制单元的性能主要由A/D、D/A转换器决定。A/D转换是指将模拟输入信号转换成N位二进制数字输出信号的过程。伴随半导体技术、数字信号处理技术及通信技术的飞速发展,A/D转换器近年也呈现高速发展的趋势。人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革,现在,在通信产品、消费类产品、工业医疗仪器乃至军工产品中无一不显现A/D转换器的身影,可以说,A/D转换器已经成为人类实现数字化的先锋。自1973年第一只集成A/D转换器问世至今,A/D、D/A转换器在加工工艺、精度、采样速率上都有长足发展,现在的A/D转换器的精度可达26位,采样速度可达1GSPS,今后的A/D转换器将向超高速、超高精度、集成化、单片化发展。不管怎么发展,A/D转换的原理和作用都是不变的。 A/D转换技术 现在的软件无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度,一般的测控系统也希望在精度上有所突破,人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革,而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。A/D转换器发展了30多年,经历了多次的技术革新,从并行、逐次逼近型、积分型ADC,到近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC,它们各有其优缺点,能满足不同的应用场合的使用。
逐次逼近型、积分型、压频变换型等,主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。此外,采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC,可应用于广播卫星中的基带解调等方面。∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。下面对各种类型的ADC作简要介绍。
1.逐次逼近型逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法,它包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器(SAR)和1个逻辑控制单元。它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较,1个时钟周期完成1位转换,N位转换需要N个时钟周期,转换完成,输出二进制数。这一类型ADC的分辨率和采样速率是相互矛盾的,分辨率低时采样速率较高,要提高分辨率,采样速率就会受到限制。
优点:分辨率低于12位时,价格较低,采样速率可达1MSPS;与其它ADC相比,功耗相当低。
缺点:在高于14位分辨率情况下,价格较高;传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理,包括增益级和滤波,这样会明显增加成本。
2.积分型ADC积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC,它的应用也比较广泛。它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成,通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时,在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数,从而实现A/D转换。
积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定,因此所得到的D表达式与时钟频率无关,其转换精度只取决于参考电压VR。此外,由于输入端采用了积分器,所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。能够抑制高频噪声和固定的低频干扰(如50Hz或60Hz),适合在嘈杂的工业环境中使用。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域,如数字电压表。
优点:分辨率高,可达22位;功耗低、成本低。
缺点:转换速率低,转换速率在12位时为100~300SPS。
3.并行比较A/D转换器并行比较ADC主要特点是速度快,它是所有的A/D转换器中速度最快的,现代发展的高速ADC大多采用这种结构,采样速率能达到1GSPS以上。但受到功率和体积的限制,并行比较ADC的分辨率难以做的很高。
这种结构的ADC所有位的转换同时完成,其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小,但随着分辨率的提高,需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位,精密电阻数量就要增加一倍,比较器也近似增加一倍。
并行比较ADC的分辨率受管芯尺寸、输入电容、功率等限制。结果重复的并联比较器如果精度不匹配,还会造成静态误差,如会使输入失调电压增大。同时,这一类型的ADC由于比较器的亚稳压、编码气泡,还会产生离散的、不精确的输出,即所谓的“火花码”。
优点:模/数转换速度最高。
缺点:分辨率不高,功耗大,成本高。
4.压频变换型ADC压频变换型ADC是间接型ADC,它先将输入模拟信号的电压转换成频率与其成正比的脉冲信号,然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数,计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。从理论上讲,这种ADC的分辨率可以无限增加,只要采用时间长到满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度即可。
优点:精度高、价格较低、功耗较低。
缺点:类似于积分型ADC,其转换速率受到限制,12位时为100~300SPS。
5.∑-Δ型ADC∑-Δ转换器又称为过采样转换器,它采用增量编码方式即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。∑-Δ型ADC包括模拟∑-Δ调制器和数字抽取滤波器。∑-Δ调制器主要完成信号抽样及增量编码,它给数字抽取滤波器提供增量编码即∑-Δ码;数字抽取滤波器完成对∑-Δ码的抽取滤波,把增量编码转换成高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器。
优点:分辨率较高,高达24位;转换速率高,高于积分型和压频变换型ADC;价格低;内部利用高倍频过采样技术,实现了数字滤波,降低了对传感器信号进行滤波的要求。
缺点:高速∑-△型ADC的价格较高;在转换速率相同的条件下,比积分型和逐次逼近型ADC的功耗高。
6.流水线型ADC流水线结构ADC,又称为子区式ADC,它是一种高效和强大的模数转换器。它能够提供高速、高分辨率的模数转换,并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸;经过合理的设计,还可以提供优异的动态特性。
流水线型ADC由若干级级联电路组成,每一级包括一个采样/保持放大器、一个低分辨率的ADC和DAC以及一个求和电路,其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的n位转换器分成两段以上的子区(流水线)来完成。首级电路的采样/保持器对输入信号取样后先由一个m位分辨率粗A/D转换器对输入进行量化,接着用一个至少n位精度的乘积型数模转换器(MDAC)产生一个对应于量化结果的模/拟电平并送至求和电路,求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后,最后由一个较高精度的K位细A/D转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A/D的输出组合起来即构成高精度的n位输出。
优点:有良好的线性和低失调;可以同时对多个采样进行处理,有较高的信号处理速度,典型的为Tconv&100ns;低功率;高精度;高分辨率;可以简化电路。
缺点:基准电路和偏置结构过于复杂;输入信号需要经过特殊处理,以便穿过数级电路造成流水延迟;对锁存定时的要求严格;对电路工艺要求很高,电路板上设计得不合理会影响增益的线性、失调及其它参数。
目前,这种新型的ADC结构主要应用于对THD和SFDR及其它频域特性要求较高的通讯系统,对噪声、带宽和瞬态相应速度等时域特性要求较高的CCD成像系统,对时域和频域参数都要求较高的数据采集系统。
确定A/D转换器件在确定设计方案后,首先需要明确A/D转换的需要的指标要求,包括数据精度、采样速率、信号范围等等。
1.确定A/D转换器的位数在选择A/D器件之前,需要明确设计所要达到的精度。精度是反映转换器的实际输出接近理想输出的精确程度的物理量。在转化过程中,由于存在量化误差和系统误差,精度会有所损失。其中量化误差对于精度的影响是可计算的,它主要决定于A/D转换器件的位数。A/D转换器件的位数可以用分辨率来表示。一般把8位以下的A/D转换器称为低分辨率ADC,9~12位称为中分辨率ADC,13位以上为高分辨率。A/D器件的位数越高,分辨率越高,量化误差越小,能达到的精度越高。理论上可以通过增加A/D器件的位数,无止境提高系统的精度。但事实并非如此,由于A/D前端的电路也会有误差,它也同样制约着系统的精度。
比如,用A/D采集传感器提供的信号,传感器的精度会制约A/D采样的精度,经A/D采集后信号的精度不可能超过传感器输出信号的精度。设计时应当综合考虑系统需要的精度以及前端信号的精度。
2.选择A/D转换器的转换速率在不同的应用场合,对转换速率的要求是不同的,在相同的场合,精度要求不同,采样速率也会不同。采样速率主要由采样定理决定。确定了应用场合,就可以根据采集信号对象的特性,利用采样定理计算采样速率。如果采用数字滤波技术,还必须进行过采样,提高采样速率。
3.判断是否需要采样/保持器采样/保持器主要用于稳定信号量,实现平顶抽样。对于高频信号的采集,采样/保持器是非常必要的。如果采集直流或者低频信号,可以不需要采样保持器。
4.选择合适的量程模拟信号的动态范围较大,有时还有可能出现负电压。在选择时,待测信号的动态范围最好在A/D器件的量程范围内。以减少额外的硬件付出。
5.选择合适的线形度在A/D采集过程中,线形度越高越好。但是线形度越高,器件的价格也越高。当然,也可以通过软件补偿来减少非线性的影响。所以在设计时要综合考虑精度、价格、软件实现难度等因素。(载自/lixzy/blog/item/084f51f919b864.html)
过程控制系统process control systems
以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制,可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式,这是过程控制的主要方式。
过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代,过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变,从而保证产量和质量稳定。60年代,随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现,过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代,出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代,过程控制系统开始与过程信息系统相结合,具有更多的功能。&
PID目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口。控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统,其传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器 (仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系 统给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈 的闭环控制系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时,系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字 来描述。稳是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的;准是指控制系统的准确性、控 制精度,通常用稳态误差来(Steady-state error)描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。 4、PID控制的原理和特点 在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它 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的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的 其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。 积分(I)控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积 分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。 微分(D)控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用, 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。 5、PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主 要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡, 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。 对于温度系统:P(%)20--60,I(分)3--10,D(分)0.5--3 对于流量系统:P(%)40--100,I(分)0.1--1 对于压力系统:P(%)30--70,I(分)0.4--3 对于液位系统:P(%)20--80,I(分)1--5 参数整定找最佳,从小到大顺序查 先是比例后积分,最后再把微分加 曲线振荡很频繁,比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢,积分时间往下降 曲线波动周期长,积分时间再加长 曲线振荡频率快,先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波,前高后低4比1 一看二调多分析,调节质量不会低
PID与自适应PID的区别:
首先弄清楚什么是自适应控制在生产过程中为了提高产品质量,增加产量,节约原材料,要求生产管理及生产过程始终处于最优工作状态。因此产生了一种最优控制的方法,这就叫自适应控制。在这种控制中要求系统能够根据被测参数,环境及原材料的成本的变化而自动对系统进行调节,使系统随时处于最佳状态。自适应控制包括性能估计(辨别)、决策和修改三个环节。它是微机控制系统的发展方向。但由于控制规律难以掌握,所以推广起来尚有一些难以解决的问题。 加入自适应的pid控制就带有了一些智能特点,像生物一样能适应外界条件的变化。 还有自学习系统,就更加智能化了。FX PLC读取温度波动大_百度知道
FX PLC读取温度波动大
77对油槽在持续升温或降温。经常上下波动动很大。在用温控仪检测的温度则是正常的线性下降或上升.5
温控仪.9请问这是什么情况。我以们,PLC程序该如何调,先后测得的数据举例PLC,PLC检测出来的温度没有规律性.4
提问者采纳
果你的油槽温度恒定时,我还想问你的plc设置的温度范围是多少,那可以排除外界电磁干扰但你的情况很有可能是外界干扰造成的如果我没猜错的话,你的温度检测器应该是电阻检测,然后用温控仪转换成电流信号输出给PLC的所以温控仪是没有波动的,在PLC上温度一直无变化
我用的是PT100 模块是FX2N-4AD-PTPLC设置温度范围?这个我没有设,可以告诉我一下吗。谢谢
那不对啊,你用PT100模块,那你的温控仪和plc用的是同一块表吗用pt100模块就不需要设置温度范围了
不是同一块表,它们分别接了一个PT100。我对换过,结果是一样的,不是PT100的问。另外我想问下,可不可能是模块本身的原因呢?
提问者评价
虽然问题还没解决,但还是谢谢你
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其他2条回答
可以修改下采样时间,一般都是这个引起的
修改了,我采面TO K0 K1 K50 K4结果还是一样
用的是什么型号的PLC和采集模块,现场环境的电磁干扰问题等,问题说的详细些!
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出门在外也不愁第1节 PLC控制系统输入回路的电磁兼容设计
更新于 20:03:23
5.1.1 PLC控制系统输入回路接线设计
1.输入回路接线
输入电路是PLC接收开关量、模拟量等输入信号的端口,其元器件质量和接线方式是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例,按钮、行程开关的触点接触要保持良好状态,接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件,设计中应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外,按钮触点的选择也会影响系统的可靠性。在设计时,应尽量选用可靠性高的元器件,对于模拟量输入信号来说,常用的有4~20mA、0~20mA直流电流信号以及0~5V、0~10V直流电压信号,电源电压为直流24V。
常用开关量输入模块的信号类型有三种:直流输入、交流输入和交流/直流输入。PLC一般接收行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线一般指外部传感器与输入端口的接线。
输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时,输入端接通,输入线路闭合,同时输入指示的发光二极管亮。输入端的一次电路与二次电路之间采用光电耦合器隔离。二次电路带RC滤波器,以防止由于输入触点抖动或从输入线路窜入的电噪声引起PLC误动作。若在输入触点电路中串联二极管,串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关,串联二极管的数目不能超过两只。另外,对于输入接线还应特别注意以下几点:
&输入接线一般不要超过30m。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
输入、输出线不能用同一根电缆,输入、输出线要分开。&
&PLC所能接收的脉冲信号的宽度应大于扫描周期。
2.PLC控制系统的输入回路
各厂家对PLC的输入电压和电流都有规定,如日本三菱公司F7N系列PLC的输入值为DC 24V、7mA,启动电流为4.5mA,关断电流小于1.5mA,因此,当输入回路串有二极管或电阻(不能完全启动),或者有并联电阻或有漏电流时(不能完全切断),就会有误动作,灵敏度下降,对此应采取措施。另一方面,当输入器件的输入电流大于模块的最大输入电流时,也会引起误动作,应采用弱电流的输入器件,并且选用共漏型输入模块。
当输入信号源为晶体管或者光电开关,输出器件为双向晶闸管或者晶体管,而外部负载又很小时,会因为这类输出器件在关断时有较大的漏电流而使输入电路和外部负载电路不能关断,导致输入与输出信号的错误。为此应在这类输入、输出端并联旁路电阻,应按图5-1所示方法接一个并联电阻,以减小PLC输入电流和外部负载的电流。旁路电阻可按下式计算:
R<Um/I1&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (5-1)
图5-1 分流电阻接线图
式中:Um为输入信号源或外部负载电压的最大值;I1为输入信号源或输出晶闸管的最大漏电流,I1=0.25IN;IN为输入点或外部负载的额定电流。
如果漏电流大于1.3mA,并联电阻应按下式计算:
R&EON/IMAX&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (5-2)
式中:R为并联电阻,EON为负载的工作电压,IMAX为漏电流的最大值。
交流回路主要是交流模块的输入回路,该回路输入的一般是1A或5A的交流电流信号以及24V或230V的交流电压信号,这些信号相对于PLC控制系统来说都是强电信号。该回路的输出部分一般是直接送给A/D转换器标准电压信号(0~5V,0~10V,&10~10V),由A/D转换器进行A/D转换后送给CPU进行处理,所以其输出信号是与后面的微处理器系统有直接联系的弱电信号。这些强电信号与弱电信号之间的关系处理得不好,将对PLC控制系统的EMC带来非常大的影响。?
由于电磁干扰是直接由现场的引线进入PLC内部的,所以信号回路要尽量短,并且不能互相交叉,以减小它们彼此之间的相互干扰。在电路设计上,信号前端应考虑增加滤波电路,信号输出端与A/D转换器之间也应该有滤波或隔离电路。信号放大电路可考虑采用差动放大电路,以减小共模干扰带来的影响。对于正常工作中不使用的交流通道不要让它悬空,在其入口和出口(A/D转换器之前)处采取短接或接地措施。
开关量回路包括开关量输入回路,开关量输入回路主要是采集现场一些诸如限位开关的位置等二进制信息。开关量输出回路主要用于将PLC控制系统发出的指令输出以控制相应的对象。这些回路一般也是强电信号回路,而这些信号又都直接与CPU有联系。开关量输入信号经过变换送入CPU进行处理,开关量输出信号是由CPU经过综合各种信息最后作出判断并输出的,所以必须对这些回路进行处理,减小外来的电磁干扰对内部弱电电路的影响。
开关量输入回路的前级信号变换部分应考虑进行滤波。开关量输入信号送给CPU之前必须进行隔离处理,可采用光电隔离,而且两级光电隔离效果会比较好。可在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设一级光电隔离。
信号的工作频率小于1MHz的低频电路可采用一点接地,当信号频率大于10MHz时,如用一点接地,其地线长度不能超过波长的1/20,否则应采用多点接地。
5.1.2 PLC控制系统输入模块与输出设备的连接
PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器以及各种传感器等。正确地连接输入电路,是保证PLC安全可靠工作的前提。
1.PLC输入模块与主令电器类设备的连接
图5-2是输入模块与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图5-2中的PLC为直流汇点式输入,即所有输入点共用一个公共端COM,同时COM端内带有DC 24V电源。若是分组式输入,也可参照图5-3所示的方法进行分组连接。
图5-2 PLC与主令电器类输入设备的连接示意图
图5-3 PLC输入信号采集示意图
PLC(松下电工FPO-C32型)的外部设备主要是指控制系统中的输入、输出设备,其中输入设备是对系统发出各种控制信号的主令电器,在编写控制程序时必须注意外部输入设备使用的是常开还是常闭触点,并以此为基础进行程序编制,否则易出现控制错误。 在图5-3中,输入设备选用的是按钮SB的常闭触点,输入继电器X0的线圈状态取决于SB的状态。该按钮未按下时,输入继电器X0的线圈状态为通电状态&1&,程序中所有的X0触点均动作,即常开触点接通,常闭触点断开;若按下该按钮,则输入继电器X0的线圈状态为断电状态&0&,程序中所有的X0触点均恢复常态。如果输入继电器连接的输入设备是按钮SB的常开触点,则情况恰好相反。在该按钮未按下时,输入继电器X0的线圈状态为断电状态&0&,程序中所有的X0触点均不动作;若按下该按钮,输入继电器X0的线圈状态为通电状态&1&,程序中所有的X0触点均动作。
由于PLC在运行程序判别触点通断状态时,只取决于其内存中输入继电器的线圈状态,并不直接识别外部设备,因此在编程时外部设备的选用与程序中的触点类型密切相关。这是一个在对照电气控制原理图进行PLC编程时易出现的问题,最典型的例子是基本控制&启保停控制&中的停车控制。
图5-4为&启保停控制&电气原理图。在该系统中,按钮SB0用于停车控制,因此使其常闭触点串联于控制线路中。SB1为启动按钮,使用其常开触点。若使用相同的设备(即停车按钮SB0用常闭触点,启动按钮SB1用常开触点),利用PLC进行控制,则需编制梯形图程序,如图5-5所示。
图5-4 &启保停控制& 电气原理图&
I/O分配:SB0&X0,SB1&X1,输出Y0。该梯形图中停车信号X0使用的是常闭触点(串联在控制线路中),这是因为外部停车设备选取的是按钮的常闭触点,不操作该按钮时则输出Y0正常接通,若按下该按钮,输出Y0断电。
若希望编制出符合平时阅读习惯的梯形图程序(见图5-6),则在选用外部停车设备时需使按钮SB0的常开触点与X0相连。I/O分配:SB0&X0,SB1&X1,输出Y0。
图5-5 &启保停控制&梯形图程序(停车按钮使用常闭触点)
&图5-6 &启保停控制&梯形图程序& (停车按钮使用常开触点)
图5-5和图5-6所示梯形图完成的控制功能相同,但程序中停车信号X0使用的触点类型却不相同,其原因就是连接在输入继电器X0上的外部停车按钮触点类型的选用不同。图5-6所示梯形图程序更加符合阅读习惯,也更易于分析其逻辑控制功能,因此在PLC构成控制系统中,外部开关、按钮无论是用于启动还是停车,一般都选用常开型。这是一个在使用PLC时需要格外注意的问题。
2.PLC输入模块与拨码开关的连接
如果PLC控制系统中的某些数据需要经常修改,可使用多位拨码开关与PLC连接,在PLC外部进行数据设定。图5-7为一位拨码开关的示意图,一位拨码开关能输入一位十进制数(0~9)或一位十六进制数(0~F)。
图5-8中所示的4位拨码开关组装在一起,把各位拨码开关的COM端连在一起并接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定顺序接在PLC的4个输入点上。由图5-8可见,使用拨码开关要占用许多PLC输入点,所以不是十分必要的场合一般不要采用这种方法。实现多组拨码开关并联输入需解决的技术问题有:
图5-7 一位拨码开关的示意图
图5-8 4位拨码开关与PLC的连接
多组拨码开关的信号通道要求并联输入,各组拨码开关的各对应开关接点就要并联连接,必须采取一定的技术来分隔各拨码开关组,使各拨码开关组彼此不交叉干扰、串扰。各拨码开关组的输出能有效鉴别,消除因拨码开关组所造成的PLC输入信号混乱,并要求拨码开关组并联后输出电平能满足PLC输入电平的要求。&
&每一组拨码开关的选通、PLC读数的输入以及数据储存到相应区域的每一步骤都应严格对应,确保各拨码开关所设定的数值能准确读到PLC内部所指定的数据储存位置。
各组拨码开关的信号选通和PLC输入读数的处理在时序上应严格区分,使之不致出现各组拨码开关间PLC输入读数混乱。在选通和PLC读数过程中的任何时刻,最多只能有一组拨码开关处于选通和相应的PLC输入读数操作状态。&
&处理好PLC循环扫描的执行速度,特别是PLC数字输出模板的拨码开关选通信号输出后,将拨码开关组的开关接点引至PLC输入模板,然后进行相应处理。控制扫描速率和采样周期应使PLC读取的数据准确、稳定,符合PLC控制系统对执行速度的要求。&
&抑制和消除拨码开关在进行拨动操作时所引起的PLC输入信号的波动而产生的PLC读数错误。
图5-9所示为三位拨码开关与二位拨码开关并联的例子。图中一组三位拨码开关与一组二位拨码开关并联并接至PLC数字模板,Q4.0、Q4.1为PLC数字输出模板的数字输出点,分别是A组拨码开关和B组拨码开关的选通信号端。各组拨码开关的每个开关输出点都串入二极管,二极管的连接方法如图5-9所示。利用二极管单向导电的特性来接通、断开拨码开关选通组和非选通组的输出信号。当需要读取A组拨码开关所设定的数据时,PLC的输出端Q4.0输出高电平,Q4.1输出低电平,则A组拨码开关所串联的12个二极管为正向接法,而B组拨码开关的8个二极管为反向接法。虽然A,B两组拨码开关的输出是并联的,但从PLC的输入端所读取到的数是A组拨码开关所设定的数。如果需要读取B组拨码开关设定的数,PLC的输出端Q4.1输出高电平,Q4.0输出低电平,这时B组拨码开关的8个二极管为正向接法,A组拨码开关的12个二极管为反向接法。同理,PLC输入端所读到的便是B组拨码开关所设定的数。
图5-9 拨码开关组连接电路图
对于需要输入超过两组的拨码开关,拨码开关组可以作多组并联连接,原理与上述类似。在硬件电路中,要增加相应的PLC输出点,以实现各组拨码开关的选通控制。
对各组拨码开关的选通与PLC的输入读数要逐一进行,即选通时只能有一组拨码开关有选通的高电平信号,避免在任一时刻有多个拨码开关处于高电平选通状态而造成读数混乱。通过设定数据字来累计程序循环扫描次数,控制PLC系统的执行速度,使选通、读数处理与PLC程序循环执行扫描速度相匹配,实现PLC输出和输入扫描在时间上相适应,输入信号稳定可降低读数错误的概率。PLC在每个程序循环执行周期结束时从输出模板输出选通信号,而后在下一个程序循环执行周期开始时读入输入模板的输入值,这个时间间隔非常短,如果PLC在每一个循环扫描周期中都输出拨码开关选通信号及对输入读数进行采样处理,一方面会造成程序中的输出和输入关系混乱,另一方面会造成PLC读数采样次数太多,采样速度太快,采样时间太短,采样频率过高,而对PLC输入、输出模板的执行速度、接至拨码开关的导线长短、导线选定等的要求很高。设计时在满足系统功能要求的前提下应该降低扫描速度。
应将各组拨码开关所读的数由BCD码转化为整数,并储存在相应的数据区位置,完成从设定数到PLC内部对应数据的处理。A组拨码开关设定的数经BCD数据转换后存至设定的数据字区,B组拨码开关所设定的数经BCD数据转换后也存至设定的数据区。
拨码开关组可以作多组并联连接,在软件设计中需要按照拨码开关组选通的唯一性原则进行处理,并设置对应的过程标志位,通过子程序段来实现每一组拨码开关的读数处理。
3.PLC输入模块与旋转编码器的连接
旋转编码器是一种光电式旋转测量装置,它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。因此,可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入PLC,利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数,以获得测量结果。不同型号的旋转编码器,其输出脉冲的相数也不同,有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲,有的只有A、B两相,最简单的只有A相。
图5-10是输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接示意图。编码器有4条引线,其中2条是脉冲输出线,1条是COM端连线,1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源,也可直接使用PLC的DC 24V电源。电源&&&端要与编码器的COM端连接,&+&端与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC的COM端连接,A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接,连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线,使用时要将屏蔽线接地。
图5-10 旋转编码器与PLC的连接示意图
4.PLC输入模块与接近开关的连接
在PLC控制系统的设计中,虽然接线工作所占的比重较小,大部分工作还是PLC的编程设计工作,但它是编程设计的基础,只有正确接线才能顺利地进行编程设计工作。而要保证接线工作的正确性,就必须对PLC内部的输入、输出电路有一个比较清楚的了解。PLC数字量输入电路分为直流输入和交流输入,直流输入又分为源输入&共阳极、漏输入&共阴极、混合型输入&共阳/共阴。
(1)直流输入电路
图5-11所示为直流输入电路的一种形式(只画出一路输入电路)。当外部线路的开关闭合时,PLC内部光电耦合器的发光二极管点亮,光敏三极管饱和导通。该导通信号再传送给微处理器(CPU),CPU认为该路有信号输入。外界开关断开时,光电耦合器中的发光二极管熄灭,光敏三极管截止,CPU认为该路没有信号。
图5-11 直流输入电路
交流输入电路如图5-12所示,与直流输入电路的区别主要就是增加了一个整流环节。交流输入电路的输入电压一般为AC 120V或230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)后,再经过桥式整流变为直流电,其后的工作原理和直流输入电路一样。
图5-12 交流输入电路
从以上可以看出,由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节,因此,输入信号的延迟时间要比直流输入电路的长,这是其不足之处。但由于其输入端是高电压,因此输入信号的可靠性要比直流输入电路高。一般交流输入方式用于有油雾、粉尘等的恶劣环境中以及对响应性要求不高的场合,而直流输入方式用于环境条件较好、电磁干扰小、对响应性要求高的场合。
(2)漏型输入电路
漏型输入电路如图5-13所示,电流从PLC的公共端(COM端或M端)流进,而从输入端流出,即PLC的公共端外接直流电源的正极。
图5-13 漏型输入电路
图5-13中只画出了一路的情形,如果输入有多路,所有输入二极管的阳极相连就构成了共阳极电路,如图5-14所示。
图5-14 共阳极电路
三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等输入模块均属于漏型输入模块。源型输入电路中电流的流向正好和漏型电路相反,源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进,而从公共端流出,即公共端接外接电源的负极。如果所有输入回路的二极管的阴极相连,就构成了共阴极电路,如图5-15所示。三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的输入模块均属于此类输入电路。
图5-15 共阴极电路
(3)混合型输入电路
混合型输入电路的公共端既可以流出电流,也可以流入电流(即PLC的公共端既可以接外接电源的正极,也可以接负极),同时具有源输入电路和漏输入电路的特点,所以可以把这种输入电路称为混合型输入电路,其电路形式如图5-16所示。作为源输入时,公共端接电源的负极;作为漏输入时,公共端接电源的正极。这样,可以根据现场的需要来接线,给接线工作带来极大的方便。三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70/71/72的输入模块就属于此类输入电路。
图5-16 混合型电路
三菱和西门子公司关于&源输入&和&漏输入&电路的划分正好相反,以上是按三菱公司的划分方法来介绍的,这点在使用过程中要注意。
西门子S7-300/400系列PLC的直流输入模块大多为漏型输入(公共端接外部电源的负极)。在S7-300系列PLC中,只有SM321(-IBH50-)的输入模块为源输入(公共端接正极),S7-400系列PLC中则没有源输入模块。S7-200的输入模块则全部为混合型输入形式。因此这种输入形式虽然接线方便,但容易造成电源的混乱。
5.开关量信号和PLC输入模块的连接
PLC外接的输入信号除了像按钮一些干节点信号外,一些传感器还提供NPN和PNP集电极开路输出信号。干节点和PLC输入模块的连接比较简单,而对于不同的PLC输入电路,应正确选择NPN输入或PNP输入方式。
(1)NPN和PNP输出电路的形式
图5-17和图5-18所示分别是NPN和PNP输出电路的一种形式。从图5-17和图5-18可以看出,NPN集电极开路输出电路的输出端OUT通过开关管和0V端连接,当传感器动作时,开关管饱和导通,OUT端和0V端相通,输出0V低电平信号;PNP集电极开路输出电路的输出端OUT通过开关管和+V端连接,当传感器动作时,开关管饱和导通,OUT端和+V端相通,输出高电平信号。
图5-17 NPN集电极开路输出电路
图5-18 PNP集电极开路输出电路
(2)NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接
由以上分析可知,NPN集电极开路输出电路的输出电压为0V,当输出端OUT和PLC的输入端相连时,电流从PLC的输入端流出,从PLC的公共端流入,此即为PLC的漏型电路形式,即NPN集电极开路输出只能接漏型或混合式输入电路形式的输入模块,连接方法如图5-19所示。
图5-19 NPN集电极开路输出电路和PLC的连接示意图
PNP集电极开路输出电路输出的是高电平,当输出端OUT和PLC的输入端相连时,电流从PLC的输入端流入,从PLC的公共端流出,此即为PLC的源型电路形式,即PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输入电路形式的输入模块,连接方法如图5-20所示。
图5-20 PNP集电极开路输出电路和PLC的连接示意图
正是由于PLC输入模块的电路形式和外接传感器输出信号的多样性,在PLC输入模块接线前要充分了解PLC输入电路的类型和传感器输出信号的形式,只有这样才能确保PLC输入模块接线正确无误,为后续的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础。
5.1.3 PLC控制系统输入回路接线的优化
1.减少输入点数的措施
(1)分组输入
一般系统都存在多种工作方式,但系统同时又只选择其中一种工作方式运行,也就是说各种工作方式的程序不可能同时执行。因此,可将系统输入信号按其对应的工作方式分成若干组,PLC运行时只会用到其中的一组信号,所以各组输入可共用PLC的输入点,这样就使所需的输入点减少。
如图5-21所示,系统有&自动&和&手动&两种工作方式,其中S1~S8为自动工作方式用到的输入信号,Q1~Q8为手动工作方式用到的输入信号。两组输入信号共用PLC的输入点X0~X7,如S1与Q1共用输入点X0。用&工作方式&选择开关SA来切换&自动&和&手动&信号的输入电路,并通过XIO让PLC识别是&自动&还是&手动&,从而执行自动程序或手动程序。
图5-21 分组输入
图5-21中的二极管是为了防止出现寄生回路,产生错误输入信号而设置的。例如,当把SA扳到&自动&位置时,若S1闭合,S2断开,虽然Q1、Q2闭合,也应该是X0有输入,而X1无输入。但如果无二极管隔离,则电流从X1流出,经Q2&Q1&S1&COM形成寄生回路,从而使得X1错误地接通。因此,必须串入二极管切断寄生回路,避免错误输入信号的产生。
(2)矩阵输入
图5-22所示为3&3矩阵输入电路,用PLC的三个输出点Y0、Y1、Y2和三个输入点X0、X1、X2来实现9个开关量输入设备的接入。Y0、Y1、Y2的公共端COM与输入继电器的公共端COM连在一起。当Y0、Y1、Y2轮流导通时,输入端X0、X1、X2也轮流得到不同的三组输入设备的状态,即Y0接通时读入Q1、Q2、Q3的通断状态,Y1接通时读入Q4、Q5、Q6的通断状态,Y2接通时读入Q7、Q8、Q9的通断状态。
图5-22 矩阵输入
当Y0接通时,如果Q1闭合,则电流从X0端流出,经过VD1&Q1&Y0端,再经过Y0的触点,从输出公共端COM流出,最后流回输入COM端,从而使输入继电器X0接通。在梯形图程序中应该用Y0的常开触点和X0的常开触点的串联来表示Q1提供的输入信号。图5-22中的二极管也是起切断寄生回路的作用。
采用矩阵输入方法除了要按图5-22所示方法进行硬件连接外,还必须编写对应的PLC程序。由于矩阵输入的信号是分时被读入PLC的,所以读入的输入信号为一系列断续的脉冲信号,在使用时应注意这个问题。另外,应保证输入信号的宽度大于Y0、Y1、Y2轮流导通一遍的时间,否则可能会丢失输入信号。
(3)组合输入
对于不会同时接通的输入信号,可采用组合编码的方式输入。如图5-23(a)所示,三个输入信号Q1、Q2、Q3只占用两个输入点,再通过图5-23(b)所示程序的译码,又还原成与Q1、Q2、Q3对应的M0、M1、M2三个信号。采用这种方法时应特别注意要保证各输入开关信号不会同时接通。
2.输入设备的多功能化
在传统的继电器电路中,一个主令电器(开关、按钮等)只产生一种功能的信号。而在PLC系统中,可借助于PLC强大的逻辑处理功能来实现一个输入设备在不同条件下产生不同作用的信号。图5-24所示的梯形图只用一个按钮通过X0输入去控制输出Y0的通断。
图5-23 组合输入
图5-24 用一个按钮控制的启动、保持和停止电路
在图5-24中,当Y0断开时,按下按钮(X0接通),M0得电,使Y0得电并自锁;再按一下按钮,M0得电,由于此时Y0已得电,所以M1也得电,其常闭触点使Y0断开。也就是说按一下按钮,X0接通一下,Y0得电;再按一下按钮,X0又接通一下,Y0失电。这样就改变了传统继电器控制中要用两个按钮(启动按钮和停止按钮)的做法,从而减少了PLC的输入点数。同样道理,可以用这种思路来实现一个输入具有三种或三种以上的功能。
可将某些功能相同的开关量输入设备合并输入,如果是几个常闭触点,则串联输入;如果是几个常开触点,则并联输入。因此,几个输入设备就可共用PLC的一个输入点。
系统中有些输入信号功能简单,涉及面很窄,如某些手动按钮、电动机过载保护的热继电器触点等,有时就没有必要作为PLC的输入,将它们放在外部电路中同样可以满足要求,如图5-25所示。
图5-25 输入信号设在PLC外部
3.不同形式的直流输入信号与PLC的连接
在可编程控制器控制系统中遇到的直流有源输入信号一般都是5V、12V、24V、48V等。而目前的PLC输入模块输入点的响应电压范围是3~120V,因此,这类信号不必作转换处理,可直接和PLC输入模块的输入点连接,但和其他无源开关量信号以及其他来源的直流电压信号混合接入PLC输入点时,注意电压的0V点一定要连接。
如图5-26所示,输入点I0.0、I0.1连接光电编码器、接近开关的输出信号(OUT),它们的驱动电源由PLC自身的24V电压提供,它们的OUT端子输出的信号是有源信号。PLC的M端子与0V端子与光电编码器、接近开关的0V信号连接在一起,PLC输入点的响应电压都是以一个共同参考点为基点。
图5-26 光电编码器连接图
光电编码器和接近开关的直流供电是由PLC自身的24V电源提供的,这是PLC控制系统中经常用到的设计方法,这种方法简单,成本低。但在有些情况下,比如PLC的直流电源的容量无法支持过多的负载或者外部检测设备的电源不能使用24V电源,而必须是5V、12V等,这时就必须设计外部电源为这些设备提供电源,而且这些设备输出的信号电压不同,如图5-27所示。
图5-27 设备输出的信号电压不同的连接图
在图5-27中,光电编码器的电源是12V,为它设计配备了12V的直流电源;接近开关的电源是5V,为它设计配备了5V的直流电源。它们的OUT端输出的信号分别是12V和5V的脉冲信号,而且在图5-27中有两个无源开关量的输入信号。
不同电压的直流信号可以与PLC输入模块的输入点连接,但必须注意的是信号电位差的参考点必须相同。在图5-27中,光电编码器、接近开关、无源开关量的0V信号必须连接在一起,否则,会导致PLC输入点的响应电压混乱,造成有的输入点的电压过高(尽管可以触发输入点,但有可能烧毁输入点),而有的输入点的电压过低(无法触发输入点)。这在PLC控制系统中是应该特别注意的。
4.输入信号可靠性的提高
要提高现场输入给PLC的信号的可靠性,首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关,防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序,提高输入信号的可信性。数字信号滤波可采用图5-28(a)所示的程序设计方法,在现场输入触点后加一定时器,定时时间根据触点抖动情况和系统的响应速度确定,一般为几十毫秒,这样可保证触点确实稳定闭合后才有其他响应。模拟信号滤波可采用图5-28(b)所示的程序设计方法,对现场模拟信号连续采样3次,采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号的变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中,当最后一次采样结束后,利用数据比较、数据交换、数据段比较指令去掉最大和最小值,保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。
图5-28 输入信号滤波梯形图
要提高读入PLC现场信号的可靠性,还可利用控制系统自身的特点和信号之间的关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制时,由于储罐的尺寸是已知的,进液或出液的阀门开度和压力也是已知的,在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围内是知道的,如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大,判断可能是液位计故障,通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上、下液位极限保护,当开关动作时发出信号给PLC,并判断这个信号是否真实可靠。在程序设计时将这信号和该罐液位计信号对比,如果液位计读数也在极限位置,说明该信号是真实的;如果液位计读数不在极限位置,判断可能是液位极限开关故障或信号传送线路故障,同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。
工业环境空间中的极强电磁场和高电压、大电流的通断将会对PLC产生强烈的干扰,由于现场条件的限制,有时几百米长的强电电缆和PLC的低压控制电缆只能敷设在同一电缆沟内,强电干扰在输入线上产生的感应电压和电流相当大,足以使PLC输入端的光电耦合器中的发光二极管发光,光电耦合器的隔离作用失效,使PLC产生误动作。在这种情况下,对于用长线引入PLC的开关量信号,可以用小型继电器来隔离,光电耦合器中发光二极管的最小工作电流仅为3mA左右,而小型继电器的线圈吸和电流为几十毫安,强电干扰信号通过电磁感应产生的能量不可能使隔离用的继电器吸合。有的系统需要使用外部信号的多对触点,例如一对触点用于指示灯,并使用继电器转接输入信号,这样既能提供多对触点,又实现了对强电干扰信号的隔离。
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