水泥厂电机类设备控制

水泥厂集散控制系统第二章开关类设备控制开关类设备及其测控原理开关量输入输出通道模拟量输出通道水泥厂常见的开关类设备控制实例第二章开关类设备控制开关类设备及其测控原理开关量输入输出通道模拟量输出通道水泥厂常见的开关类设备控制实例第一节开关类设备及其测控原理电机普通电机正反转电机调速电机•直流调速电机（窑主电机）•交流调速电机（风机）高压电机阀门行程开关接近开关限位开关光电开关第一节开关类设备及其测控原理~380V或第一节开关类设备及其测控原理基本名词：备妥（RD）是DI点，备妥的定义：设备具备启动条件；应答（RN）是DI点；应答的定义：设备的状态是否运行；驱动（DR）是DO点；驱动的定义：计算机系统是否给设备驱动；基本控制原理：设备有备妥后可以驱动，驱动后设备运行。其中要加各种联锁保护。普通电机控制基本的定义第二章开关类设备控制开关类设备及其测控原理开关量输入输出通道模拟量输出通道水泥厂常见的开关类设备控制实例第二节开关量输入输出通道一、开关量输入输出通道的一般结构I/O接口I/O接口I/O接口计数器光电隔离数字量输入数字量输出传感器工业对象计算机I/O接口计数器光电隔离驱动电路光电隔离光电隔离驱动电路若为数字量输出（TTL电平）输出，不需要驱动；若为触点输出，驱动电路一般为继电器，此时不需要光电隔离。脉冲量也属于开关量，只是电平变换速度更快而已。第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理1.信号变换OUTVccRS对触点信号应首先将其转换为电平信号，才能输入到计算机。这里应考虑的选取，过低的电平可靠性较差（若继电器的触点有灰尘，此时采用5V电源可能无法形成回路，即便是继电器已经闭合）。为了提高可靠性，应选用较高的电源如24V或交流220V，并对电平信号进行转换。Vcc第二节开关量输入输出通道OUTVinR1R2二、输入信号调理2.信号电平转换OUTVccR1R2电平信号转换触点电平信号转换第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理2.信号滤波OUTVinRC第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理3.保护电路第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理4.去抖动电路&ABQ&CDVCC第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理5.光电隔离(1).原理输出输入第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理5.光电隔离(2).电阻选择输出输入R2U2R1U1注意：两个地不能接在一起，否则就失去了隔离的意义。对普通的光耦，电阻选择的原则:输入侧流过二极管的电流在8～12mA，输出侧流过三极管的电流1～5mA。(3).作用•电气隔离•抗干扰•电平转换第二节开关量输入输出通道二、输入信号调理5.光电隔离(4).应用实例将行程开关的常开和常闭触点都作为信号输入到计算机，计算机判别到两路输入信号为不同状态（10H或01H）则认为信号有效，否则认为信号无效。本电路同时也进行了电平的转换（24V变为5V）。+5V+24VPCL-733BIT0+24VPCL-733BIT1+5V行程开关常开触点常闭触点第二节开关量输入输出通道三、输出驱动1.TTL电平输出如打印机接口等，驱动电流很小。2.小功率输出驱动电路小功率驱动，主要用于驱动发光二极管、LED显示器、小功率继电器等。驱动电流一般在10～40mA。330Ω5V3.3KΩ第二节开关量输入输出通道三、输出驱动3.中功率驱动+24VR中功率驱动，主要用于驱动中功率继电器、电磁开关等，驱动电流一般在50～500mA，一般采用达林顿管驱动。第二节开关量输入输出通道161514131211109123456781C2C3C4C5C6C7CCOM1B2B3B4B5B6B7BGND三、输出驱动3.中功率驱动R03KΩ7.2KΩ10.5KΩR1R2+24VLBCCOMMC1416VT1VT2第二节开关量输入输出通道输入电路光耦合器触发电路晶闸管保护电路1输出2输入34三、输出驱动4.固态继电器输入电路光耦合器过零检测触发电路晶闸管保护电路1输出2输入34调相型过零型计算机控制系统中常用的继电器有干簧继电器、电磁继电器和固态继电器。固态继电器属于电子继电器，无触点，动作速度快，可以用TTL电平直接驱动，用途广泛。第二节开关量输入输出通道SSR3412负载+-SSR3412负载SSR3412负载VCC4.固态继电器SSR3412负载VCC三、输出驱动第二节开关量输入输出通道四、设计时应考虑的问题1.开关量信号的拾取，是触点型的还是电平信号？2.对位置型的开关量信号，是采用行程开关、接近开关还是光电开关？3.对脉冲型的信号，脉冲速度是多少？脉冲幅值？选择什么计数器？是否需要隔离？光电开关的速度？4.对于开关量输出，控制对象需要的驱动电流为多大？第二节开关量输入输出通道DI模件的抗干扰能力220VAC开关信号在长线输送时，线路的感应电压可达140VAC，但其能量较低，小于1W（I8mA），并且90%的分布在4倍基频（50HZ）的范围内。DI模件性能指标：A．置1电平：不小于150VAC，电流不小于8maB．置0电平：不大于140VACC．抗线路感应电压140VAC/8ma，并提供泻放回路D、通道间耐压：1000Vrms；输入输出间耐压：1500Vrms五、DI模块主要指标第二节开关量输入输出通道A．触点消火花。B．最大开关容量：8A/250VAC(cosφ=1)；5A/250VAC(cosφ=0.4)C．长期负载容量：5A/250VAC(cosφ=1)；3A/250VAC(cosφ=0.4)D．触点间耐压：1000Vrms；触点与线圈间耐压：5000Vrms六、DO模块主要指标第二章开关类设备控制开关类设备及其测控原理开关量输入输出通道模拟量输出通道水泥厂常见的开关类设备控制实例第三节模拟量输出通道~380V或DIDO需要调速怎么办？第三节模拟量输出通道~380V或DI、AIDO、AO需要调速怎么办？第三节模拟量输出通道一、模拟量输出通道的一般结构1.单路模拟量输出通道的结构寄存器D/A驱动电路执行机构I/O接口计算机CPU1.寄存器：有的地方又称锁存器或缓冲器，主要是将计算机输出的数字量信号进行缓存，目前的D/A转换器一般自带输入数据锁存器。2.D/A转换器：将模拟量信号转换为数字量信号。3.驱动电路：将输出信号进行放大或转换。第三节模拟量输出通道一、模拟量输出通道的一般结构2.多路模拟量输出通道的结构(1)各通道拥有独立的D/A转换器寄存器D/A驱动电路执行机构I/O接口计算机CPU寄存器D/A驱动电路执行机构I/O接口a无隔离第三节模拟量输出通道一、模拟量输出通道的一般结构2.多路模拟量输出通道的结构(1)各通道拥有独立的D/A转换器B有隔离寄存器D/A驱动电路执行机构I/O接口计算机CPU寄存器D/A驱动电路执行机构I/O接口光电隔离光电隔离第三节模拟量输出通道二、D/A转换器1.转换原理(1)权电阻电路-++∞△R2R1VoVs12RVoRVs第三节模拟量输出通道二、D/A转换器1.转换原理(1)权电阻电路-++∞△R2RVoVs4RVs)R4RR2R(Vo第三节模拟量输出通道二、D/A转换器1.转换原理(1)权电阻电路-++∞△R2RVoVs4RsVR4RVoVsR2RVoVs)R2RR4R(Vo(1)两个开关均断开：Vo=0(2)4R电阻的开关闭合：(3)2R电阻的开关单独闭合：(4)两个开关同时闭合：第三节模拟量输出通道二、D/A转换器1.转换原理(1)权电阻电路-++∞△R2RVoVs4R2nR2n-1RAnAn-1A2A1Vs)R2R1AR2RA...R4RAnR2Rn(AVon1n21An=0（开关断开）或1（开关闭合）第三节模拟量输出通道二、D/A转换器1.转换原理(2)R-2R网络-++∞△VoVs2RRRRR2R2R2R2R2RRRRRU0U1U2U3U3=Vs/2U2=U3/2U1=U2/2U0=U1/2Vo=a4*Vs/2+a3*U3/2+a2*U2/2+a1*U1/2+a0*U0/2=(a4/2+a3/4+a2/8+a1/16+a0/32)*Vs=(a4/21+a3/22+a2/23+a1/24+a0/25)*Vs第三节模拟量输出通道2.性能指标①分辨率②稳定时间ns③线性度④输入编码：二进制、BCD、补码等⑤输出范围，电压型：0～5V，0～10V，双极性的±5V，±10V，特殊用途：0～24V等；电流型：mA级，3A（特殊用途）⑥温度范围：TTL，0～60℃；CMOS，－20～80℃3.常用芯片•8位，0832；•10位，AD7520等，P102～P106图。•注意：有的D/A芯片自带数据锁存器，有的芯片不带数据锁存器。二、D/A转换器第三节模拟量输出通道三、模拟量输出通道中各部分的作用1.I/O电路D/A芯片与CPU之间的接口，包括地址线、数据线、控制线等。2.寄存器数据暂存，有的D／A芯片集成了数据锁存器。3.光电隔离是一种电气隔离，防止外部高压电源、干扰等烧毁CPU，如外部接线错误等。4.D/A将数字信号转换为模拟信号。5.信号变换与驱动信号变换是将D／A输出的信号转换为需要的信号，如：将电压信号转换为频率信号U/F，将电流信号转换为电压信号I/U，将电压信号转换为电流信号U/I等。由于D／A转换器输出的信号带负载能力较差，因此后面往往要加驱动电路以驱动负载，常用的驱动器有DK-2（滑差电机），变频器（交流异步电机），电动执行器（电磁调节阀）等。第三节模拟量输出通道四、U/I转换电路1.最原始想法：UIRsRLI=U/Rs，如果将0～10V电压信号转换为0～10mA，则采用1K电阻（Rs=1K）即可。但是，加上负载后，I=U/(Rs+RL)，输出的电流值变了，这是我们不希望的。2.U/I转换的原则输出的电流值随电压的变化而变化，不随负载的变化而变化。第三节模拟量输出通道四、U/I转换电路2.U/I转换电路U/I转换电路有负载共地和负载共电源两种接法，这里以负载共地为例说明其原理。参考教材P106页图。3RUt1U2RUt③4RUf2U1RUsUf④-+-∞△AIoutU1U2UFUTUs+12VR1R2R3R4R5RfRLI4I第三节模拟量输出通道四、U/I转换电路2.U/I转换电路R4RI4211fRUURUsI＝I4+Iout＝fR1R4sRU若R1=R2，R3=R4，同时由于Ut=Uf，因此①-②，得实际电路中，R1=R2=100KΩ，R3=R4=20KΩ，Rf=100Ω,RL1KΩ,考虑到RL《R4，所以有：Iout＝I－I4≈Rf4R1RUs＝Us/500若Us在0～5V之间变化，则Iout在0～10mA之间变化。-+-∞△AIoutU1U2UFUTUs+12VR1R2R3R4R5RfRLI4I第三节模拟量输出通道五、模拟量输出通道设计时应考虑的问题1.输出的形式，即是电压输出还是电流输出或是频率输出等，进而考虑采用什么转换电路。2.输出的范围，比如电压输出时，要求的输出电压是单极性的还是双极性的，是0～5V还是0～10V输出。3.要求的分辨率、精度、线性度，进而考虑采用何种D／A转换芯片。4.与CPU之间的接口，数据采用串行输入还是并行输入？5.应用的场合，温度范围、干扰等方面的问题，是否需要采用CMOS芯片？是否需要光电隔离？6.参考电压的类型。7.速度是否满足要求？8.是否需要调零和校准点路。第二章开关类设备控制开关类设备及其测控原理开关量输入输出通道模拟量输出通道水泥厂常见的开关类设备控制实例第四节开关类设备控制实例基本名词：备妥（RD）是DI点，备妥的定义：设备具备启动条件；应答（RN）是DI点；应答的定义：设备的状态是否运行；驱动（DR）是DO点；驱动的定义：计算机系统是否给设备驱动；基本控制原理：设备有备妥后可以驱动，驱动后设备运行。其中要加各种联锁保护。普通电机控制基本的定义第四节开关类设备控制实例启动故障：设备驱动后在规定时间内没有返回应答，计算机自动产生故障，报警并停止驱