PLC与仪表连接及控制

PLC与仪表连接及控制

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能接受的信号,就是我们常用到的如：V、mV、4~20mA、Ω、脉冲等。而还有一些设备发出的信号不是标准信号，需要通过二次仪表或变送器转换成标准信号。

4~20mA.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-Ⅲ型仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4~20mA.DC，联络信号采用1-5V.DC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。

用4~20mA信号传输，回路中的电流不会随电线长短而改变，从而保证了传送的精度。最大电流20mA选择是基于：安全、实用、功耗、成本的考虑，而选用4mA作为信号起点是因为4~20mA变送器两线制的居多，3.5mA以下变送器无法正常工作，4mA电流保证了变送器的静态工作电流，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。

我厂使用的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的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式。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，例如从十进制的3转换成4时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点，它是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。它在任意两个相邻的数之间转换时，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的混淆。另外由于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。

除了常用的这些传统信号，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

我们所说的PLC是Programmable Logic Controller,即可编程逻辑控制器,它的基本构成为: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的发展方向：小型化,大型化,网络化。其功能越来越多，操作越来越简单。

对应相应的仪表设备，有不同的I/O模块，分别可以接收不同的仪表信号。以Siemens为例，其I/O模块种类有许多种，如我们厂用的较多的：6ES7 321－1BH02－0AA0，6ES7 321-1BL00-0AA0，6ES7 322-1FF01-0AA0，6ES7 322-1HF01-0AA0，6ES7 322-1BL00-0AA0，6ES7 331-7KF02-0AB0，6ES7 331-7PF11-0AB0，6ES7 332-5HD01-0AB0等等。还有一些能够接受通讯、总线型的仪表信号的模块如：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的，选择合适的仪表与PLC模块才能更好的工作。

3、常用仪表与PLC连接

一般情况下，在工业生产中，仪表设备的连接电缆都是采用屏蔽电缆，有的地方需要用仪表专用电缆。这都是为了保证仪表设备的正常工作，防止信号干扰。加装配电器、隔离器、变送器等也起到抗干扰的作用。

（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，分别对应的测量信号如下：测量范围量程卡设置

± 80 mV ± 250 mV

A

± 500 mV ± 1,000 mV

150Ω/300Ω/600Ω/Pt100/Ni100

热电偶N 、E 、J 、K 、L

± 2.5 V

B

± 5 V

1 V 到 5 V

±10 V

4 线制传感器 ±3.2 mA

C

±10 mA

0 mA 到 20 mA

4 mA 到 20 mA

± 20 mA

2 线制传感器 4 mA 到 20 mA D 根据所需测量信号的不同，选用不同的量和卡，如需测量热电偶，则选用A ，如果测量信号为4～20mA ：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软件中的硬件组态中，也要作相应的“测量类型”选择，使之相对应，才能正常使用。

对于未使用的通道，要考虑下列输入的特性，以便能够对这些占用的通道启用诊断功能：

● 电压测量（除 1 V 到 5V 外）并用于热电偶： 将未使用的通道短路，并将其连接到M ANA 。 这可优化模拟输入模块的抗干扰能力。

对于未使用的通道，在硬件组态的“测量类型”参数中将其值设置为

“禁用”。这样可减少模块的周期时间。

●测量范围1 ～5 V：将同一通道组的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)未使用的输入开路；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 的电阻连接未使用的输入。这就允许启用此通道组的诊断功能。

●电流测量4~20 mA，四线制传感器：串联连接同一通道组的未使用输入。

（2）并行编码器的连接

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（PNP、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。如我们用的欧姆龙E6CP-AG5C-C编码器，它就是NPN集电极开路输出，如图：