【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （EM227）、ASi（CP2432）、調(diào)制解調(diào)器（EM241）、以太網(wǎng)（CP243CP2431IT）等通信模塊，PLC可以與工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)等不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，組成PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。②特殊功能擴(kuò)展。通過(guò)多通道模擬量I/O模塊、各種溫度測(cè)量模塊、定位脈沖模塊等，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度、速度、位置等參數(shù)的控制、測(cè)量、調(diào)節(jié)功能。本文選配的SIMATIC S7200 PLC主要由CPU22模擬量輸入EM231模塊和模擬量輸出EM232模塊三部分組成。 模擬量I/O模塊及傳感器選型 模擬量輸入模塊選型（A/D）模擬量的輸入在過(guò)程控制中的應(yīng)用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、流量、堿度、位移等的工業(yè)檢測(cè)都是對(duì)應(yīng)電壓、電流的大小模擬量，再通過(guò)一定的運(yùn)算(如PID)后控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到一定的目的(如恒溫等)。模擬量輸入的電平大多是從傳感器通過(guò)變換后得到的，模擬量輸入信號(hào)按IEC標(biāo)準(zhǔn)為4～20mA電流信號(hào)或0～5V、10V～10V，0～10V的直流電壓信號(hào)。模擬量輸入模塊的基本功能就是將輸入PLC的外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC所需的數(shù)字量，以供給主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制。模擬量輸入模塊可以直接與熱電偶，鉑電阻等溫度檢測(cè)元件相連，接受采自溫度傳感器的信號(hào)，溫度控制模塊實(shí)際上就相當(dāng)于變送器和A/D轉(zhuǎn)換器。將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)值傳送給PLC，經(jīng)過(guò)PLC處理后，通過(guò)模擬量輸出模塊輸出。這樣就可以實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。EM231熱電阻模塊可以通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)來(lái)選擇熱電阻的類型，接線方式，測(cè)量單位和開(kāi)路故障方向。連接到同一個(gè)擴(kuò)展模塊上的熱電阻必須是相同類型的。改變DIP開(kāi)關(guān)后必須將PLC斷電后再通電，新的設(shè)置才能起作用[4]。EM231的主要參數(shù)，見(jiàn)表31。表31 EM231主要參數(shù)耗電量自+5V DC（自I/O總線）自L+L+電壓范圍，2級(jí)或DC傳感器供電87mA60mA DCLED 指示燈24V DC電源供電良好ON=無(wú)錯(cuò)，OFF=無(wú)24V DC電源，SF：ON=模塊故障，閃爍=輸入信號(hào)錯(cuò)誤,OFF=無(wú)錯(cuò)模擬量輸入特性現(xiàn)場(chǎng)至邏輯現(xiàn)場(chǎng)至24V DC24V到邏輯500V AC500V AC500V AC共模輸入范圍（輸入通道至輸入通道）120V AC共模抑制120dB 120V AC輸入類型無(wú)隔離差分輸入輸入范圍RTD類型(選一種)Pt100Ω，200Ω，500Ω，PT1000Ω10000ΩNi10Ω，120Ω，1000ΩR150Ω，300Ω，600Ω輸入分辨率溫度電阻℃15位加符號(hào)位模塊更新時(shí)間：所有通道405ms連線長(zhǎng)度（最大）100米至傳感器線回路電阻（最大）最大為20Ω數(shù)據(jù)字格式電壓：32000至+32000最大輸入電壓30V DCEM231的配置區(qū)有3個(gè)設(shè)定開(kāi)關(guān)，用于模擬量輸入范圍（量程）、分辨率、類型等的選擇，設(shè)定開(kāi)關(guān)的作用如表32所示。表32 EM231設(shè)定開(kāi)關(guān)表輸入類型與范圍分辨率開(kāi)關(guān)設(shè)定SW1SW2SW3單極性，0～10V電壓輸入●╳●單極性，0～5V電壓輸入●●╳單極性，0～20mA電流輸入5uA●●╳雙極性，0～177。5V電壓輸入╳╳●雙極性，0～177。╳●╳●設(shè)定開(kāi)關(guān)ON；╳設(shè)定開(kāi)關(guān)OFF由于本設(shè)計(jì)采用的A/D轉(zhuǎn)換模塊，EM231輸入類型為單極性，0～5V電壓輸入。，SWSWSW3分別為ON、ON、OFF的設(shè)定。模擬量輸入端的接線方式： 模擬量是通過(guò)帶屏蔽的雙絞線把信號(hào)輸入每個(gè)信道，將第一路測(cè)量信號(hào)接入EM231的A+和A端；將第二路測(cè)量信號(hào)介入EM231的B+和B端。EM231需要外部提供DC24V電源，電源從L+、M端輸入。硬件連接圖如圖32所示。圖32 熱電阻與EM231硬件連接圖A/D轉(zhuǎn)換的輸入/輸出關(guān)系曲線如圖33所示。圖33 A/D轉(zhuǎn)換的輸入/輸出關(guān)系曲線 模擬量輸出模塊選型（D/A）模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)(如4095等)轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流輸出信號(hào)或0～10V，0～5V的直流電壓輸出信號(hào)，以提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量輸出模塊選用西門子公司的EM232模塊。其主要參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表33：表33 EM232模塊的主要參數(shù)模擬量輸出特性模擬量輸出點(diǎn)數(shù)2隔離(現(xiàn)場(chǎng)側(cè)到邏輯線路)無(wú)信號(hào)范圍電壓輸出電流輸出177。10V0～20mA數(shù)據(jù)字格式電壓電流32000～+320000～+32000分辨率全量程電壓電流12位11位數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（DAC）的12位讀數(shù)，其輸出數(shù)據(jù)格式是左端對(duì)齊的，最高有效位：0表示是正值數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)在裝載到DAC寄存器之前，4個(gè)連續(xù)的0是被裁斷的，這些位不影響輸出信號(hào)值[4]。 D/A轉(zhuǎn)換模塊輸入/輸出關(guān)系如圖34所示。圖34 D/A轉(zhuǎn)換模塊輸入/輸出關(guān)系（1）模擬量輸出端的接線方式：經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后，模擬量通過(guò)雙絞線把信號(hào)輸出，如果是輸出電壓信號(hào)，則將雙絞線接到信道的M0，V0端；如果輸出的是電流信號(hào)，那么應(yīng)先將雙絞線接到信道的M0和I0端。（2）接線方式如圖35所示。圖35 EM232端子接線圖 溫度傳感器選型溫度檢測(cè)的主要方法根據(jù)敏感元件和被測(cè)介質(zhì)接觸與否，可以分成接觸式與非接觸式兩大類。接觸式檢測(cè)方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測(cè)儀表；基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值所溫度變化的熱電阻溫度檢測(cè)儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測(cè)儀表。非接觸式檢測(cè)方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測(cè)，主要有亮度法、全輻射法和比色法等。熱敏電阻是用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的測(cè)溫敏感元件。熱敏電阻有正溫度系數(shù)（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和臨界溫度系數(shù)（CTR）三種。溫度特性曲線如圖36所示。圖36各種熱敏電阻特性溫度檢測(cè)用的主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，PTC和CTR熱敏電阻則利用在特定溫度下電阻值急劇變化的特性構(gòu)成溫度開(kāi)關(guān)器件。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻主要由單晶以及錳、鎳、鈷等金屬氧化物制成，測(cè)溫范圍為50到300℃。它可以制成不同的結(jié)構(gòu)形式，有珠狀、片狀、桿狀和薄膜狀等，其中珠狀和柱狀的金屬氧化物熱敏電阻穩(wěn)定性較好。熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是α值大，一般為金屬電阻的十幾倍，靈敏度很高，而且組織也高，在使用時(shí)引線電阻所引起的誤差可以忽略。缺點(diǎn)是互換性差，部分產(chǎn)品穩(wěn)定性不好。但由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，熱響應(yīng)快，靈敏度高并且價(jià)格便宜，因此在汽車、家電等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用[3]。PT100溫度傳感器的測(cè)量溫度范圍是：50℃～450℃。Pt100熱電阻隔離變送器：型號(hào)：RS3011。該產(chǎn)品是用PT100傳感器測(cè)量溫度的隔離變送器，在工業(yè)上主要用于測(cè)量200~+500℃的溫度。變送器內(nèi)有線性化和長(zhǎng)線補(bǔ)償功能，出廠時(shí)按照PT100國(guó)標(biāo)分度表校正。輸入、輸出和輔助電源之間是完全隔離（三隔離），可以承受2500VDC的隔離耐壓。產(chǎn)品采用DIN35國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式，體積小、精度高，性能穩(wěn)定、性價(jià)比高，可以廣泛應(yīng)用在石油、化工、電力、儀器儀表和工業(yè)控制等行業(yè)。主要特性：（1）輸 入： Pt100(20～+400℃) (范圍可選擇)（2）輸出信號(hào)： 4～20mA/0～5V（3）精度等級(jí)： (FSR%)（4）內(nèi)含線性化和長(zhǎng)線補(bǔ)償功能（5）隔離耐壓：2500VDC(,60S)（6）DIN35導(dǎo)軌安裝（7）精度高、性能穩(wěn)定可靠[3]。因本設(shè)計(jì)需求，特選擇輸入溫度范圍為0～+100℃。 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置 變頻器的選型常規(guī)設(shè)計(jì)的交流電動(dòng)機(jī)，通常都是在額定頻率、額定電壓下工作的。此時(shí)，軸上輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率都可以達(dá)到額定值。在變頻調(diào)速的情況下，供電頻率是變化的，電機(jī)的實(shí)際輸出也會(huì)變化。由于變頻器有一定的通用性，因此在與不同拖動(dòng)場(chǎng)合的電機(jī)配合時(shí)，需要選配相應(yīng)的變頻器。在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者是變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率大于當(dāng)前該電動(dòng)機(jī)的功率。按連續(xù)恒負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量(kVA)的計(jì)算式計(jì)算[6]： （31）式中：—負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率，單位為W；—電動(dòng)機(jī)的效率()；—電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)()； —電流波形的修正系數(shù)，對(duì)PWM方式，取 =；—變頻器的額定容量。，取=，=，==，代入公式（）得：=～55kW。由于本系統(tǒng)采用的是一臺(tái)變頻器只為一臺(tái)電機(jī)提供電源，即一臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)一臺(tái)水泵，所以根據(jù)計(jì)算得出。交流變頻調(diào)速日益完善，調(diào)速方便簡(jiǎn)單成為電機(jī)調(diào)速主流。三菱變頻器以其高性能，適中的價(jià)格應(yīng)和了中國(guó)工控行業(yè)的需要，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。節(jié)能的需要為三菱變頻器的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的契機(jī)，三菱變頻驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品在中國(guó)得到了更大的發(fā)展。具體參數(shù)如下[6]：（1）功率：（三相380V，50Hz）（2）電流：9A（3）特點(diǎn)：①采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，調(diào)速可達(dá)1：120（）。②采用可直接監(jiān)視并控制主回路的智能驅(qū)動(dòng)回路（最新開(kāi)發(fā)的ASIC），使低速時(shí)不均勻旋轉(zhuǎn)得到大幅度的改善。③可拆卸式風(fēng)扇和接線端子，維護(hù)方便。④內(nèi)置RS485通信口，可插擴(kuò)展卡符合全世界主要通信標(biāo)準(zhǔn)。三菱FRA540變頻器調(diào)制方式為PWM調(diào)制，控制方式為V/F控制，具有轉(zhuǎn)矩提升，點(diǎn)動(dòng)，制動(dòng)與上位機(jī)通訊等功能。 變頻器的參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，PLC通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊將控制量通過(guò)“2”引腳（既電壓輸入）引入。將頻率調(diào)整到響應(yīng)值。要使變頻器能夠按預(yù)定的狀態(tài)工作，還要對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。見(jiàn)表34。表34變頻器參數(shù)參數(shù)號(hào)設(shè)定值名稱2%轉(zhuǎn)矩提升50Hz上限頻率0Hz下限頻率50Hz基底頻率6Hz低速設(shè)定3S加速時(shí)間1S減速時(shí)間電子過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)頻率0適用負(fù)荷選擇0加/減速曲線7智能模式選擇13適用電機(jī)3操作模式選擇電機(jī)容量4電機(jī)極數(shù)380V電機(jī)額定電壓50Hz電機(jī)額定頻率1在線自動(dòng)調(diào)整選擇101自動(dòng)調(diào)整設(shè)定/狀態(tài) 總體電路圖由于三菱FRA500系列變頻器的輸入信號(hào)