【网课】PLC模块相关

                           
2020年03月28日

感谢老师的耐心讲解。

一、控制系统

1、交换机是什么

网络交换机(英语:Network switch)是一种网络硬件,通过报文交换接收和转发数据到目标设备,它能够在计算机网络上连接不同的设备,一般也简称为交换机,它只会将数据转发到需要接收的设备。

简单地说就是网口不够用了,用来扩展网口的,家用路由器也具有交换机的功能。

2、什么是控制系统?

为完成某种“目标”而采用的一整套的方法和步骤。而这些方法和步骤通常又包含能够更好实现这些“目标“的最佳策略。

控制系统(control system)是指用控制回路管理及控制另一个设备或是系统的系统。控制系统可以小到家中用自动调温器实现的温度控制器,也可以大到控制制程或是机器的大型工业控制系统。

若是链接调节的控制系统,会用回授控制器来自动化的控制制程或是动作。控制系统会将要控制的过程变量(PV)和理想值或是目标值(SP)比较,利用其差值产生控制信号,让将要控制的过程变量可以回到目标值。

针对时序逻辑电路及组合逻辑电路,会利用设备(例如可编程逻辑控制器)实现其算法。

3、控制系统组成

工程师站可监控和下载程序,操作员站只能进行监控,不能下载程序。

二、信息传递过程

假设水位传感器量程 0-5 米,传感器输出范围为 4-20 mA。

水位小于 2.5 米时,CPU进行PID运算并向水塔注水。

当水位为 2.5 米时,传感器输入电流值为 12 mA,经过A/D转换得到的值为 y =(27648/5)*2.5=13824。

假如传感器反馈 11 mA,经A/D转换后 m=(11-4)*(27648/16)=12096

e=m-y=12096-13824<0,则开始响应,则CPU进行PID运算,调整控制策略。

假如PID运算后的值为 14500,则经过D/A转换为模拟量,y=(14500/27648)*(20-4)+4=12.3912 mA

则控制电磁阀增大阀门开度,加速向水塔注水,PID运算,不断调整阀门开度,直至水位高于 2.5 米。

【注意】西门子 S7-200 系列摸拟量输入/输出模块,主要有 EM231、EM232、EM235 系列模块,0-20 mA对应0-32000,4-20 mA对应 6400-32000。

三、模拟量输入、输出模块

1、标准电信号

DDZ-Ⅲ 标准信号:是指 4~20 mA DC的电流信号、1~5V DC的电压信号。

DDZ-Ⅱ 标准信号:是指 0~10 mA DC 的电流信号、0~10V DC的电压信号。

DDZ-Ⅱ 仪表几乎被淘汰了,多采用 DDZ-Ⅲ 的仪表。

标准信号-百度百科

大部分执行器输入/传感器输出的都是 4-20 mA 的直流信号。

2、SM331/332 可选输入/输出范围

S7-300 使用 SM331 作为模拟量输入模块,使用 SM332 作为模拟量输出模块。

± 10 V、± 5 V、± 2.5 V、±1 V

± 500 mV、± 250 mV、± 80 mV

1-5 V、0 -10 V

± 20 mA ± 10 mA ±3.2 mA

0-20 mA 、4-20 mA

S7-300模块数据.pdf

3、SM331

以 AI 8 x 16 位;(6ES7331-7NF00-0AB0) 为例说明

若选择其他类型,则输入范围不同。

4、SM332

以 AO 8 x 12 位;(6ES7332-5HF00-0AB0) 为例说明

若选择其他类型,则输出范围不同。

三、RS232、RS485、RJ45通信接口区别

在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域,通常情况下是采用串口通信的方式进行数据交换。最初采用的方式是 RS232 接口,由于工业现场比较复杂,各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰,会导致信号传输错误。除此之外,RS232 接口只能实现点对点通信,不具备联网功能,最大传输距离也只能达到十几米,不能满足远距离通信要求。

而 RS485 则解决了这些问题,数据信号采用差分传输方式,可以有效的解决共模干扰问题,最大距离可达 1200 米,并且允许多个收发设备接到同一条总线上。

手把手教你学51单片机-C语言版.pdf

1、RS232 通信接口

RS-232 是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,适合本地设备之间的通信,设备之间的通讯距离不大于 15 米,传输速率最大为 20 kB/s。

2、RS485通信接口

RS485 采用差分信号、通信速率快,最大传输速率可以达到10 Mb/s 以上、内部采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗干扰能力大大增加、传输距离最远可以达到 1200 米左右、可以在总线上进行联网多机通信、接口非常简单。

3、RJ45通信接口(网线接口)

RJ45 型网线插头又称水晶头,共有八芯做成,广泛应用于局域网和 ADSL 宽带上网用户的网络设备间网线(称作五类线或双绞线)的连接

由于目前使用的网卡具有自适应功能,故不必考虑线序问题。

全面解析RS232、RS485、RS422、RJ45接口的区别和各自的应用

四、模块组合(S7-300)

电源模块:PS307 开关电源,抗干扰能力强。

CPU模块:315-2DP 和 315-2PN/DP

2DP就是有两个DP接口,2PN/DP就是有一个以太网接口和一个DP接口共两个接口。

PROFIBUS –DP 用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输外,PROFIBUS-DP 还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。
传输技术:RS-485 双绞线、双线电缆或光缆,波特率从9.6 K bit/s到12 M bit/s。

profibus-DP总线与profibus-PA总线的区别

IM153模块(共用CPU)

IM153 只是个接口模块,本身没有逻辑处理能力的,需要连接 300 或者 400 的 PLC 才能工作,它的任务就是把它后面挂的模块与主站的 CPU 联系起来。

使用西门子IM153模块的PLC的CPU在哪?-百度知道

五、采样周期与控制周期、滤波

采样周期一般为 100-200 ms,控制周期一般为 0.4-20 s。

数字滤波的定义

通过一定的计算或者判断程序对采样信号进行平滑加工,减少干扰在有用信号中的比例,通常称之为数字滤波。

中值滤波

中值滤波是对某一被测参数连续采样 n 次(一般 n 应为奇数),然后将这些采样值进行排序,选取中间值为本次采样值。

中值滤波对于去掉偶然因素引起的波动或者采样器不稳定而造成的误差所引起的脉冲性干扰比较有效,如电网的波动、变送器的临时故障等。对温度、液位等缓慢变化的被测参数,采用中值滤波法一般能收到良好的滤波效果。但对流量、速度等快速变化的被测参数,一般不宜采用。

滑动平均值滤波

由于算数平均滤波和加权算数平均滤波输出一次有效采样值必须连续采样 n 次,故对于采样速度较慢或要求数据更新率较高的实时系统,算术平均滤法无法使用,需要改进。

滑动平均值滤波法把 N 个测量数据看成一个队列,队列的长度固定为 N ,每进行一次新的采样,把测量结果放入队尾,而去掉原来队首的一个数据,这样在队列中始终有 N 个“最新”的数据。只需要把队列中的 n 个数据进行平均,就可以得到新的滤波值。这样,每进行一次采样就可以计算输出一个新的有效采样值,加快了数据处理的速度。

滑动平均值滤波法对周期性的干扰有良好的抑制效果,在占用时间少的前提前滤波效果较好,但对偶尔出现的脉冲型干扰抑制作用差。

计算机控制05.数字滤波与数据处理

冷场莹