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以太网与现场总线能否共存
对于全球通信行业来说,一个非常重要的趋势是不同通信网络间的融合。与此相似,自动化领域近两年来对于以太网是否会取代现场总线的讨论也非常多。以太网多年来在全球应用广泛,是一种成熟的通信标准,主要用于商业上的数据处理。进入工业自动化领域之后,其应用主要是解决管理层、生产指挥层和控制层的任务。
    实际上,在美国,已经有许多工业以太网用于io控制的例子,即变频器、远程io站全部用工业以太网连在一起的全以太网结构,取代了现有的现场总线。但国内绝大多数工业以太网应用都仅用于连接plc和hmi。因此,国内近两年对于以太网取代现场总线讨论非常热闹。
    工业以太网及相关的产品设备,在现今的自动化技术中正在扮演着重要的角色。随着交换网络通信技术的产生和发展,工业以太网技术正在逐步进入工业应用场合。而且,由于交换机、冗余自愈、抗干扰和千兆网等技术和应用的发展,工业以太网已经逐渐在技术上具备了向下延伸的条件,许多新型控制器皆提供ethernettcp/ip接口,目前的应用已经从管理层延伸到控制层。但在控制层以下,就是现场i/o层(传感器和执行器)还没有形成规模应用。
    目前情况下,生产流程过程自动化,与企业前面的采购、库存管理、财务管理分别采用两
    套系统,就是现场总线和erp,这两个系统必须能够互相通讯才能起到控制的作用。但是erp和现场总线的结合是有成本的,因为两者的数据格式不同,数据的运行环境也不同,上面是管理层的windows环境,下面是可编数控环境。不可否认,在这个前提下,从技术角度看,将已经在工业领域使用成熟的以太网应用向下延伸到自动化层,作为下一代现场总线,是一个非常理想的方案。
    如同英特尔坚持不懈的提高芯片性能一样,西门子等国际自动化巨头也在推动自动化技术的发展。profibus国际组织推广的工业以太网总线标准profinet就顺应了这一市场趋势。
    profinet是分布式自动化标准的现代概念;它基于以太网,简单且无需做任何改变地集成现有的现场总线系统(尤其是profibus系统)。这对于满足从公司管理层到现场层的一致性要求是一个非常重要的方面。它的重大贡献在于保护了用户的投资,因为现有系统的部件仍可合并到profinet系统中去,无需进行任何更改。
    当然,现在大多数厂家在选择设备和系统时,还是会优先考虑基于设备级的总线,因为好用而且便宜,还有很多种选择,这也是以太网进入现场的阻碍之一。现场总线已经经过了20多年的应用,从最初简单的con总线发展到目前共有8个不同的国际标准,基本上可以涵盖不同工业的生产控制需求。
    而且,从使用功能上来说,生产系统异常复杂,不同行业及同行业间的自动化需求千差万别,比如说流程工业,一般生产线速度都很慢,以太网动辄几十兆的数据传输量在这里看不到优越性。而对于机械制造业来说,实时控制非常重要,目前以太网只能在应用层解决,物理层就不太容易,如果硬要实现,那成本又上去了。
    另外,以太网进入自动化层还存在一些技术上的问题,比如,原来总线是两条线,既送电又送数据,现在解决以太网是四根线,两根送电两根送数据。此外,还存在安全问题,如何防止黑客的入侵?这些问题不改变以太网的性质是很难解决的。
    因此,以太网完全取代现场总线是不可能的,现场总线必然会在自动化领域有自己的生存空间。而且,对于中国来说,目前最重要的不是以太网取代现场总线,而是应用和推广总线。近几年我去过很多上了erp的工厂,但是真正做到计划作业那层的有没有呢?基本上没有。为什么?生产线自动化没有完成,没有底下的信息,就无法完成设备使用和人力资源来排优化。因为人有请假,设备有故障,你都预测不了,这个做不到,很难说信息化比较好地带动了工业化。所以说自动化是信息化很好的载体,没有自动化设施,信息化很难实施;没有自动化,你怎么能实现生产效率生产周期提高呢?
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DCS的基本结构和PLC的区别
DCS为分散控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。主要应用于汽车制造业。70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市场,代替以PID运算为主的模拟仪表控制。首先提出DCS这样一种思想的是原制造仪表的厂商,当时主要应用于化工行业。后又有计算机行业从事DCS的开发。
70年代微机技术还不成熟,计算机技术还不够发达。操作站、控制器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的,也就是所有部件都是专用的。
70年代初,有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备(即人机界面)。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号,完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟仪表连接的电缆一样多,并且一旦小型机坏了,控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。
后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务,另一台计算机完成显示任务。另外,一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多,其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算,工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性,可以分成若干个独立的工序,再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配 字串3
到数台计算机中去,把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机(控制器)去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术,这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理功能集中在一起,用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。
危险究竟要分散到多少算合适呢?这与当时的计算机技术的发展水平有关。70年代中期,彻底分散就是一个控制器完成一个回路的运算。当时由于人们对数字技术不太熟息,习惯于模拟仪表,70年代末、80年代曾经风行回路控制器,把数字控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样,不改变操作习惯 ,内部把PID运算数字化。一块仪表(一台计算机)完成一个回路的控制任务。其价格较为昂贵,但危险是分散了。然后用通讯网络把各个控制器和以CRT为基础的人机界面连成一个系统。这时网络结构通常都是星形结构。回路的控制器的制作成本太高,价格/性能比不好。后来为了减低成本,就有两回路的、四回路的控制器, 它的价格/性能比稍好一些。对于一个大中型系统来说,DCS的价格/性能比比回路控制器组成的系统要好。有些特殊地方还是要用到一些回路控制器。
如果所要完成的回路太多,如一个控制器采集几千点、完成几百个回路的运算,危险又太集中。在这种情况下,危险必需分散。随着计算机技术的发展,计算机的运算能力、存储容量和可靠性不断提高,一台计算机所完成的任务也可以增加。完成的任务也可集中一点。另外,控制器、网络等冗余技术也得到了发展,控制运算也可集中一些。
从目前的DCS来看,一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算,经现场使用,效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是比较远,这就促进现场总线的发展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线,以及HART协议接收板等都用到DCS系统中。
DCS分为三大部分,带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面(HMI)。由I/O板通过端子板直接与生产过程相连,读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型,每一种I/O板都有相应的端子板。
l 模拟量输入,4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板;4-16个通道不等;  字串1
l 模拟量输出,通常都是4-20毫安的标准信号,一般它的通道比较少,4-8个个通道; 
l 开关量输入;16-32个通道: 
l 开关量输出,开关量输入和输出还分不同电压等级的板,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16个通道不等; 
l 脉冲量输入,用于采集速率的信号;4-8通道不等; 
l 快速中断输入; 
l HART协议输入板; 
l 现场总线I/O板;
每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整,信号在进入I/O板以前信号要进行整修,如上下限的检查、温度补偿、滤波,这些工作可以在端子板完成,也可以分开完成,完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。
I/O总线和控制器相连。80年代的DCS由于控制器的运算能力不强,为了增加I/O点数,把控制器的任务分开,实际上是有三种类型的控制器。即:完成闭环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。它们分别有自己的I/O总线,各种DCS的I/O总线各不相同。如果要求快速,最好采用并行总线。一般采用串行总线比较多。尤其是RS485总线较多,模拟量数据采集器和逻辑运算器的I/O点数可以多一些。
闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通讯网络上,在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完成不同的功能。它
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们都应有网络接口。有的DCS为了节省网络接口,把所有的过程控制用的设备即闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器预先连在控制总线上,称为过程控制站。这可以增加过程控制站能接收的I/O点数,又能节省接口。然后再通过接口连到网络上,与人机界面相连。随着计算机计术的发展,控制器的运算能力不断增强,如PC机做的一个控制器能力很强,既可接收模拟量运算,也接收开关量逻辑运算。一个控制器成为网络上的一个结点。通过网络与人机界面相连。
控制器是DCS的核心部件,它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片,还有两个接口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法(有的DCS称为功能块库)。在库中存功能块,如控制算法PID、带死区PID,积分分离PID,算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后;比较先进的算法有史密斯预估,C语言接口、矩阵加、矩阵乘;逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序(即组态)越方便。组态按照工艺要求,把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写,组态要随工艺改变而改变,所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时,用户从功能块库中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控制器在组态方式,投入运行后就成为运行方式
控制器中安装有操作系统,功能块组态软件和通讯软件。
为了系统安全运行,闭环控制器一定是冗余运行的,一用一备,并且是热备。为了使冗余成功,应注意以下几点:两个控制器的硬件、软件版本必需一致;检查发送-接收的芯片是否完好;冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。
通讯网络把过程站和人机界面连成一个系统。通讯网络有几种不同的结构行式。如总线式、环形和星形(见图)。总线形在逻辑上也是环形的。星形的只适用于小系统。不论是环形还是总线形,一般都采用广播式。其它一些协议方式已用的较少。通讯网络的速率在10M和100M左右。
人机界面有4种不同形式的结点,它们是操作站、工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。
u 操作站安装有操作系统、监控软件和控制器的驱动软件。显示系统的标签、动态流程图和报警信息。  字串6
u 工程师工作站给控制器组态(CAD),也可以给操作站组态(作动态流程图)。如果监控软件作图能力很强,作图工作可以由监控软件独立完成。工程师站的另外一个功能是读控制器的组态,用于控制器升级,查找故障。我们称之为逆向工程师站。 
u 历史趋势站用于存储历史数据,一般用磁盘阵列(称为RAID技术)。 
u 动态数据服务器是DCS和MIS系统的接口,也是DCS和Web的隔离设备。
DCS和PLC的设计原理区别较大,PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,70年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作,这是DCS所没有的。 字串4
这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块(有的DCS系统称为膨化块)。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统,一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上,即使后来两者相互有些渗透,但是还是有区别。80年代以后,PLC除逻辑运算外,也有一些控制回路用的算法,但要完成一些复杂运算还是比较困难,PLC用梯形图编程,模拟量的运算在编程时不太直观,编程比较麻烦。但在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。而DCS把所有输入都当成模拟量,1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于PLC解算一个PID运算在几十毫秒,这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。不同型号的DCS,解算PID所需时间不同,但都在几十毫秒的量级。如早期的TDC2000系统,1秒钟内完成8个回路的控制运算。随着芯片技术的发展,解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与功能块的安排方式和组态方式有关。
在接地电阻方面,对PLC也许要求不高,但对DCS一定要在几欧姆以下(通常在4欧姆以下)。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的地方,应配置本质安全栅。
相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。DCS的控制器,只能几百个I/O点(不超过500个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多,最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通讯网络等的冗余方面,一些高级运算、行业的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。
特别要指出的是,DCS的专用操作站,不是天经地义的。它是由历史原因形成的。DCS厂家如再不开放操作站,与工厂的管理信息系统连网,个别DCS就有从市场中消失的危险。
随着新技术的诞生,负面影响也跟着而来。新操作站的开放,病毒和黑客容易侵入到系统。在作设计时,在操作站上设置密码,系统多加隔离和防火墙。把负面影响减到最小。
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PLC各种输出方式之间的比较
各种输出方式之间的比较
(1)继电器输出:优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载,且电压也可不同,带负载电流可达2A/点;但继电器输出方式不适用于高频动作的负载,这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少,一般在几十万次至l百万次之间,有的公司产品可达1000万次以上,响应时间为10ms
(2)晶闸管输出:带负载能力为0.2A/点,只能带交流负载,可适应高频动作,响应时间为1ms.
(3)晶体管输出:最大优点是适应于高频动作,响应时间短,一般为0.2ms左右,但它只能带 DC 5—30V的负载,最大输出负载电流为0.5A/点,但每4点不得大于0.8A。
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PLC常见故障处理
1. 维护概述
2. 查找故障的设备
3. 基本的查找故障顺序
4. 一般查找故障步骤
5. 组件的更换
6. 增设存储器

维护概述

一般各型PLC(以下以无锡华光电子工业有限公司生产的SR系列PLC,做为描述样板,其余各型PLC大同小异)均设计成长期不间断的工作制。但是,偶然有的地方也需要对动作进行修改,迅速找到这个场所并修改它们是很重要的。修改发生在PLC以外的 动作需要许多时间。

查找故障的设备

SR PLC的指示灯及机内设备,有益于对PLC整个控制系统查找故障。编程器是主要的诊断工具,他能方便地插到PLC上面。在编程器上可以观察整个控制系统的状态,当您去查找PLC为核心的控制系统的故障时,作为一个习惯,您应带一个编程器。

基本的查找故障顺序

提出下列问题,并根据发现的合理动作逐个否定。一步一步地更换SR中的各种模块,直到故障全部排除。所有主要的修正动作能通过更换模块来完成。 除了一把螺丝刀和一个万用电表外,并不需要特殊的工具,不需要示波器,高级精密电压表或特殊的测试程序。 字串5

1、PWR(电源)灯亮否?如果不亮,在采用交流电源的框架的电压输入端(98-162VAC或195-252VAC)检查电源电压;对于需要直流电压的框架, 测量+24VDC和0VDC端之间的直流电压,如果不是合适的AC或DC电源,则问题发生在SR PLC之外。如AC或DC电源电压正常,但PWR灯不亮,检查保险丝, 如必要的话,就更换CPU框架。

2、PWR(电源)灯亮否?如果亮,检查显示出错的代码,对照出错代码表的代码定义,做相应的修正。

3、RUN(运行)灯亮否?如果不亮,检查编程器是不是处于PRG或LOAD位置,或者是不是程序出错。如RUN灯不亮,而编程器并没插上,或者编程器处于RUN方式 且没有显示出错的代码,则需要更换CPU模块。

4、BATT(电池)灯亮否?如果亮,则需要更换锂电池。由于BATT灯只是报警信号,即使电池电压过低,程序也可能尚没改变。更换电池以后, 检查程序或让PLC试运行。如果程序已有错,在完成系统编程初始化后,将录在磁带上的程序重新装入PLC。

5、在多框架系统中,如果CPU是工作的,可用RUN`继电器来检查其它几个电源的工作。如果RUN继电器未闭合(高阻态),按上面讲的第一步检查AC或DC电源如AC 或DC电源正常而继电器是断开的,则需要更换框架。
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一般查找故障步骤

其他步骤于用户的逻辑知识有关。下面的一些步骤,实际上只是较普通的,对于您遇到的特定的应用问题,尚修改或调整。查找故障的最好工具就是 您的感觉和经验。首先,插上编程器,并将开关打到RUN位置,然后按下列步骤进行。

1、如果PLC停止在某些输出被激励的地方,一般是处于中间状态,则查找引起下一步操作发生的信号(输入,定时器,线川,鼓轮控制器等)。 编程器会显示那个信号的ON/OFF状态。

2、如果输入信号,将编程器显示的状态与输入模块的LED指示作比较,结果不一致,则更换输入模块。入发现在扩展框架上有多个模块要更换, 那么,在您更换模块之前,应先检查I/O扩展电缆和它的连接情况。

3、如果输入状态与输入模块的LED指示指示一致,就要比较一下发光二极管与输入装置(按钮、限位开关等)的状态。入二者不同,测量一下输入 模块,如发现有问题,需要更换I/O装置,现场接线或电源;否则,要更换输入模块。

4、如信号是线川,没有输出或输出与线川的状态不同,就得用编程器检查输出的驱动逻辑,并检查程序清单。检查应按从有到左进行, 找出第一个不接通的触点,如没有通的那个是输入,就按第二和第三步检查该输入点,如是线川,就按第四步和第五步检查。要确认使主控继电器步影响逻辑操作。
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5、如果信号是定时器,而且停在小于999.9的非零值上,则要更换CPU模块。

6、如果该信号控制一个计数器,首先检查控制复位的逻辑,然后是计数器信号。按上述2到5部进行。

组件的更换

下面是更换SR-211PC系统的步骤

一、更换框架

1、切断AC电源 ;如装有编程器,拔掉编程器 。
2、从框架右端的接线端板上,拔下塑料盖板,拆去电源接线。
3、拔掉所有的I/O模块。如果原先在安装时有多个工作回路的话,不要搞乱IU/O的接线,并记下每个模块在框架中的位置,以便重新插上时不至于搞错。
4、如果CPU框架,拔除CPU组件和填充模块。将它放在安全的地方,以便以后重新安装。
5、卸去底部的二个固定框架的螺丝,松开上部二个螺丝,但不用拆掉。
6、将框架向上推移一下,然后把框架向下拉出来放在旁边。
7、将新的框架 从顶部螺丝上套进去,
8、装上底部螺丝,将四个螺丝都拧紧。
9、插入I/O模块,注意位置要与拆下时一致。
如果模块插错位置,将会引起控制系统危险的或错误的操作,但不会损坏模块。
10、插入卸下的CPU和填充模块。
11、在框架右边的接线端上重新接好电源接线,再盖上电源接线端的塑料盖。 字串7
12、检查一下电源接线是否正确,然后再通上电源。仔细地检查整个控制系统的工作,确保所有的I/O模块位置正确,程序没有变化。

二、CPU模块的更换

1、切断电源,如插有编程器的话,把编程器拔掉。
2、向中间挤压CPU模块面板的上下紧固扣,使它们脱出卡口。
3、把模快从槽中垂直拔出。
4、如果CPU上装着EPROM存储器,把EPROM拔下,装在新的CPU上。
5、首先将印刷线路板对准底部导槽。将新的CPU模块插入底部导槽。
6、轻微的晃动CPU模块,使CPU模块对准顶部导槽。
7、把CPU模块插进框架,直到二个弹性锁扣扣进卡口。
8、重新插上编程器,并通电。
9、在对系统编程初始化后,把录在磁带上的程序重新装入。检查一下整个系统的操作。

三、I/O模块的更换

1、切断框架和I/O系统的电源。
2、卸下I/O模块接线端上塑料盖。拆下有故障模块的现场接线。
3、拆去I/O接线端的现场接线或卸下可拆卸式接线插座,这要视模块的类型而定。给每根线贴上标签或记下安装连线的标记,以便于将来重新连接。
4、向中间挤压I/O模块的上下弹性锁扣,使它们脱出卡口。
5、垂直向上拔出I/O模块。 字串4
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科学的PLC编程步骤
目前全球范围内,无论是过程自动化、制造自动化还是混合自动化的生产设备,普遍采用PLC作为上层控制器。PLC的品牌和种类多样,具体的控制对象也曾出不穷。虽然我们买来的设备已经预先写好程序,但是生产中,有时不得不对程序重新编写,以满足自身的需求。但是很多工程师在编写程序时,没有一个良好的习惯,不知道什么才是科学的编程步骤。如果编程的步骤不正确或者不合理,在日后会出现很多麻烦。
 
科学的编程步骤其实很简单,但往往大多数工程师就是认为简单而忽略很多细节。细节的忽略,必然会在以后出现问题。想避免日后的问题,只有好好的遵守规则,没有规矩不成方圆,PLC编程一样有其自身的规矩。
 
下面具体介绍PLC编程的合理步骤:
 
第一步:阅读产品说明书。
第一步看起来再简单不过了,很多设备工程师会说,这台设备我负责了很多年,维护保养每天都做,没有不熟悉的,看说明书就是浪费时间。哈哈,这就是国内很多工程师的通病,许多人从设备买回来直到报废,没有人真正认真地去阅读过产品说明书,即使阅读也是草草地一看。更多的还是通过供货方的产品培训来了解设备,孰不知,如果简单的培训就可以让你充分了解设备特点的话,那么为什么国际上都要求设备要配备说明书呢?如果阅读过说明书,请问说明书最开始的安全守则是否一字一句的看过?每个元件的说明是否看过?没种元件的调试方法是否看过?…
 
我们会发现,其实我们日常忽略了产品说明书,很多人甚至将说明书扔掉或者放在自己一时都想不起来的地方。仔细阅读说明书是编程的第一步,首先要阅读安全守则,知道哪些执行机构可能会对人身造成伤害,哪些机构间最容易发生撞击,当发生危险时如何解决,这些最致命的问题都在安全守则中,为什么不去看呢?
 
此外,关于设备每个元件的特性,使用方法,调试方法也在说明书中,不去阅读,即使程序正确,如果元件没有调试好,设备一样不能工作。再有,所有的电路图、气动液压回路图、装配图也在说明书中,不去阅读它怎么知道没种元件可以做何种改造呢。
 
第二步:根据说明书,检查I/O。
确认仔细通读说明书了?如果真的仔细阅读过,那么进行第二步,检查I/O,俗称“打点”。
检查I/O的方法很多,但是一定要根据说明书提供的地址依次进行检查。前提是按照说明书的安全守则和元件的说明,在绝对安全的情况下来检查。
 
在检查输入点时,一般输入信号无非是各种传感器,如电容、电感、光电、压阻、超声波、磁感式和行程开关等传感器。检查这些元件比较简单,根据元件说明将工件放在工位上,或是移动执行机构检查传感器是否有信号即可。当然,不同的设备检测的方式可能不同,这要看具体情况而定了。
 
但是在检查输出信号时就要格外小心了。如果是电驱动产品,必须在安全情况下,尤其是保证设备不会发生撞击前提下,让执行机构的驱动器得电,检查执行机构是否能够运动。如果是液压或气动执行机构,同样在安全情况下手动使换向阀得电,从而控制执行机构。在检查输出信号时,不论执行机构的驱动方式是什么,一定要根据元件说明书,首先要保证设备和人身安全,要注意并不是所有设备的执行机构都可以通电测试的,所以有时个别的输出信号可能无法手动测试。
 
无论是输入还是输出装置,当传感器有信号或执行机构的驱动装置得电后,必须同时检查PLC上的I/O模块指示灯是否也点亮。很多设备中,输入输出信号是通过接线端子与PLC连接,有时接线端子的指示灯有信号 ,但不能保证由于连接导线内部断路,而PLC上相应的地址没有信号接通。这一点要特别注意。
 
在测量输入输出信号后,要同时将测量的地址记录下来,保证信号地址和说明书中一致。如有不同,再次测量设备地址,多次测量仍然不一致,先联系设备厂家,因为此时不能保证厂家提供的地址没有错误。
 
第三步:打开编程软件,进行硬件配置,并将I/O地址写在符号表中。
不同的PLC使用不同的编程软件。但是对于任何一种软件来说,编程前的第一步就是进行硬件组态,根据实际PLC的类型建立硬件配置及相应的通讯配置。硬件组态完成后,将之前在纸上记录下来的I/O地址写在软件的符号表中。由于软件不同,对于符号表的定义可能不同,但一般的软件都有该功能,这一步是至关重要的。在编写符号表时,不仅要把设备输入输出的绝对地址写正确,最好再给每个地址命名并添加注释,这对后面的编程会非常方便。不需要在编程时每次都查询绝对地址,只要填写命名好的名称即可。当然,这也取决于软件是否具备此功能。
 
第四步:写出程序流程图
在编程之前,一定要在草稿上写出程序的流程图。一个完整的程序,应该包括主程序、停止程序、急停程序、复位程序等部分,如果软件允许,应该将各个程序按“块”的形式编写,即一个程序是一个块,最终将每个块按需求来调用即可。
 
PLC最擅长的就是处理顺序控制,在顺序控制中主流程是核心,一定要确保制定好的流程是正确的,要在草稿上仔细检查。如果主流程存在问题,当程序被PLC执行后,很可能发生撞击,损坏设备或对人身造成危险。流程图的表示方法多种多样,这里不做具体说明。
 
第五步:在软件中编写程序
如果确保主流程没有问题后,便可以在软件中编写程序了。此外,还要注意停止、急停和复位程序的正确性,尤其是停止和急停程序,这是关系到人身安全和设备安全的最重要的程序,万万不可小视。一定要保证无论在任何情况下,只要执行停止或急停程序,设备绝对不会对人身造成伤害。
 
再有,任何设备都有自己的初始位置,一般的设备在说明书中都规定了设备的安全的初始位置。如果没有,要仔细研究其初始位置,保证初始位置的合理性。
 
第六步:调试程序
在调试程序这一步中,可以分成两个方面。
1.如果条件允许,或是你的逻辑能力超强,可以先用软件的仿真功能做测试,但是很多繁琐的程序很难用软件仿真看出程序是否正确。
 
2.将程序下传到PLC中进行在线的调试。如果设备不动或运行中出现异常情况,先不要去修改程序,很可能是传感器没有调试到位,如果确保传感器无误,再去修改程序。
 
第七步:调试完成后,再次编辑程序
在上一步的调试中,由于对程序有所修改,故必须再次整体检查或编辑一下程序,然后将最终的程序下传到PLC中。
 
第八步:保存程序
在这一步中,要注意一个问题,就是应该将程序保存在什么地方?PC硬盘?闪存设备?移动硬盘?当然这些都不可以,所有这些存储设备都可能感染病毒。所以,必须且只能将程序烧制到光盘上。而且还有一个问题,烧制的程序是哪个程序?在之前我们已经将最终调试并修改完成的程序下载到PLC中,如果PLC在执行该程序时完全无误的话,就将该程序上传到PC中,将此程序烧制到光盘中。
 
上面的一切都是为了安全。
 
第九步:填写报告
完成编程后,应该填写最后的调试报告,将遇到的问题和程序的一些难点问题一一记录下来。因为长时间以后,自己也会对程序的某些技巧的地方遗忘,同时也方便其他同事能够理解你所编写的程序。
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9个经典练习助你成为PLC高手
菜鸟变高手,并不是难于上青天的事情。只是没有好的训练方式。下面的几个小程序可以帮助你在最短的时间内成为高手中的高手。但是无论使用什么PLC,一定要使用FBD语言编写。在你按顺序完成下面的练习后,你已经成为了真正的PLC高手。不过这些练习都是基于S7系列PLC制作的,不过不妨碍各位朋友的使用。
希望大家,尤其是菜鸟多多练习,一定要按照练习的步骤,循序渐进,很快,你就会让众人对你刮目相看!
感谢intercon-asia的大力支持!
I/O地址设置:
启动按钮   I0.0
复位按钮   I0.1
停止按钮   I0.2 (NC)
选择开关   I0.3 (保持型按钮)
启动指示灯 Q0.0
停止指示灯 Q0.1
执行器     Q0.2
 
练习1.
按下启动按钮后,执行器启动,当按下复位或停止按钮后,执行器立刻停止。该程序只有在选择开关按下后才能够执行,即当选择开关关闭后,程序必须马上停止。
 
练习2.
按下启动按钮后,执行器启动,当按下复位或停止按钮后,执行器立刻停止。该程序只有在选择开关按下后才能够执行,选择开关关闭后,程序必须马上停止且执行器无论处于何种状态,也必须停止。
 
练习3.
按下启动按钮后,启动指示灯在5秒钟后点亮,直到启动按钮松开。定时器只在启动按钮按住的时候有效。如果在5秒钟内松开启动按钮,计时器则复位。
 
在命令菜单中按下F1键可以打开各命令的帮助文件,选择一个能够满足上述要求的计时器。
 
练习4.
如果按下启动按钮,启动指示灯马上点亮。松开启动按钮后,指示灯在3秒后自动熄灭。
 
在命令菜单中按下F1键可以打开各命令的帮助文件,选择一个能够满足上述要求的计时器。
 
练习5.
按下复位按钮后,激活计数器,启动指示灯熄灭。按下启动按钮5次后,启动指示灯点亮。再次按下复位按钮后,计数器重新被复位且启动指示灯熄灭。
 
在命令菜单中按下F1键可以打开各命令的帮助文件,选择一个能够满足上述要求的计数器。
 
练习6.
如果执行器处于停止状态,停止指示灯以200ms的频率闪烁,启动指示灯熄灭。按下启动按钮后,执行器启动,停止指示灯熄灭。3秒后,执行器自动停止。计时器运行时,启动指示灯以500ms频率闪烁。
 
将MB100设置为系统默认的频率计时器。系统默认的时间如下:
M100.0=0.1秒
M100.1=0.2秒
M100.2=0.4秒
M100.3=0.5秒
M100.4=0.8秒
M100.5=1.0秒
M100.6=1.6秒
M100.7=2.0秒
 
 
练习7.
按下启动按钮后,启动指示灯亮3秒,然后熄灭且停止指示灯亮7秒,再熄灭后,启动指示灯亮3秒,依此循环。当按下复位按钮后,无论两灯处于什么状态,全部熄灭。
 
练习8.
按下启动按钮后或复位按钮的任意一个后,5秒之内必须按下另一按钮。如果5秒内启动按钮和复位按钮都按下并保持住,执行器启动。如果5秒内没有按下两个按钮,执行器无法启动。超过5秒一样不启动。
 
该练习为经典的双手启动回路程序。
 
练习9.
按下启动按钮后,启动指示灯亮。再按下启动按钮,启动指示灯灭。依此循环。
系统分类: PLC/PAC
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传感器基础知识与常用术语
1. 传感器:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。

①敏感元件是指传感器中能直接(或响应)被测量的部分。



② 转换元件指传感器中能较敏感元件感受(或响应)的北侧量转换成是与传输和(或)测量的电信号部分。

③当输出为规定的标准信号时,则称为变送器。

2. 测量范围:在允许误差限内被测量值的范围。


3. 量程:测量范围上限值和下限值的代数差。


4. 精确度:被测量的测量结果与真值间的一致程度。


5. 从复性:在所有下述条件下,对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度:


……相同测量方法:


……相同观测者:


……相同测量仪器:


……相同地点:


……相同使用条件:


……在短时期内的重复。


6. 分辨力:传感器在规定测量范围圆可能检测出的被测量的最小变化量。

7. 阈值:能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。

8. 零位:使输出的绝对值为最小的状态,例如平衡状态。

9. 激励:为使传感器正常工作而施加的外部能量(电压或电流)。

10. 最大激励:在市内条件下,能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。

11. 输入阻抗:在输出端短路时,传感器输入的端测得的阻抗。

12. 输出:有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。

13. 输出阻抗:在输入端短路时,传感器输出端测得的阻抗。

14. 零点输出:在市内条件下,所加被测量为零时传感器的输出。

15. 滞后:在规定的范围内,当被测量值增加和减少时,输出中出现的最大差值。

16. 迟后:输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。

17. 漂移:在一定的时间间隔内,传感器输出终于被测量无关的不需要的变化量。

18. 零点漂移:在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。

19. 灵敏度:传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。

20. 灵敏度漂移:由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。

21. 热灵敏度漂移:由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。

22. 热零点漂移:由于周围温度变化而引起的零点漂移。

23. 线性度:校准曲线与某一规定只限一致的程度。

24. 菲线性度:校准曲线与某一规定直线偏离的程度。

25.长期稳定性:传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。

26. 固有凭率:在无阻力时,传感器的自由(不加外力)振荡凭率。

27. 响应:输出时被测量变化的特性。

28. 补偿温度范围:使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。

29. 蠕变:当被测量机器多有环境条件保持恒定时,在规定时间内输出量的变化。

30. 绝缘电阻:如无其他规定,指在室温条件下施加规定的直流电压时,从传感器规定绝缘部分之间测得的电阻值。
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光纤传感器讲义

光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物,它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此,它同时具有光纤及光学测量的特点。

     ①电绝缘性能好。     ②抗电磁干扰能力强。

     ③非侵入性。         ④高灵敏度。

     ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。

光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量

1、光纤结构、类型结合图片动画讲解

光纤呈圆柱形,它由玻璃纤维芯(纤芯)和玻璃包皮(包层)两个同心圆柱的双层结构组成。

光纤的类型

阶跃型:光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致,称为多模光纤。 

梯度型:梯度型光纤的的折射率呈聚焦型,即在轴线上折射率最大,离开轴线则逐步降低,至纤芯区的边沿时,降低到与包层区一样。

单孔型:单孔型光纤的纤芯直径较小(数微米)接近于被传输光波的波长,光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导,能量损失很小,适宜于远距离传输。

2、光纤传感器工作原理结合图片动画讲解

光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使持测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位和偏振态等)发生变化,成为被调制的信号光,再经过光纤送入光探测器,罕解调器解调后,获得被测参数。

3、光纤传感器的分类

根据光纤在传感器中的作用:分为功能型、非功能型和拾光型三大类。

根据光受被测对象的调制形式:分为:强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制。

3.1、功能型(全光纤型/传感型)光纤传感器

利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件,将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用,而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下,其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。因此,传感器中光纤是连续的。由于光纤连续,增加其长度,可提高灵敏度。

3.2、非功能型(或称传光型)光纤传感器

光纤仅起导光作用,只“传”不“感”,对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术,比较容易实现,成本低。但灵敏度也较低,用于对灵敏度要求不太高的场合。

3.3、拾光型光纤传感器

用光纤作为探头,接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。

3.4、强度调制型光纤传感器

是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。有利用光纤的微弯损耗;各物质的吸收特性;振动膜或液晶的反射光强度的变化;物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的现象;以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器。

优点:结构简单、容易实现,成本低。

缺点:受光源强度波动和连接器损耗变化等影响较大。

3.5、偏振调制光纤传感器

是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的传感器。有利用光在磁场中媒质内传播的法拉第效应做成的电流、磁场传感器;利用光在电场中的压电晶体内传播的泡尔效应做成的电场、电压传感器;利用物质的光弹效应构成的压力、振动或声传感器;以及利用光纤的双折射性构成温度、压力、振动等传感器。这类传感器可以避免光源强度变化的影啊,因此灵敏度高。

3.6、频率调制光纤传感器

是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光的频率发生变化来进行监测的传感器。有利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器;利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器;以及利用光致发光的温度传感器等。

3.7、相位调制传感器

其基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播常数发生变化,而导致光的相位变化,使两束单色光所产生的干涉条纹发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量,从而得到被测对象的信息。

通常有利用光弹效应的声、压力或振动传感器;利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器;利用电致伸缩的电场、电压传感器以及利用光纤赛格纳克(Sagnac)效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。这类传感器的灵敏度很高。但由于须用特殊光纤及高精度检测系统,因此成本高。

4、光纤传感器的特点

与传统的传感器相比,光纤传感器具有以下独特的优点

抗电磁干扰,电绝缘,耐腐蚀

灵敏度高

重量轻,体积小,可弯曲

测量对象广泛

对被测介质影响小

便于复用,便于成网

成本低

5、光纤传感器的应用结合图片动画讲解

5.1、涡轮流量计

传统的涡轮流量计是通过内磁式传感器检测涡轮的转速实现流量的测量的。将反射型光纤传感器与传统向结合,也就得到了具有双光纤传感器的流量计。

5.2、光纤温度传感器

光纤用在温度测量中是近几年发展起来的新技术,按照其调制原理有相干型和非相干型两类。在相干型中有偏振干涉、分布式温度传感器等;在非相干型中,有辐射式温度计、半导体吸收式温度计和荧光温度计等。

5.3、光纤式光电开关

5.4、光纤多普勒流速计

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传感器相关知识
一、传感器的定义
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

二、传感器技术
传感器的标定技术,即通过实验的方法以确定传感器的各种特性指标;抗干扰技
术,即提高传感器的信噪比,以减少测量误差等;接口技术,即是与
微型计算机组成的传感系统。这三者被称为传感器的“软件”技术。

三、传感器的分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:
  1、按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器
  2、按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。
  3、按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和"0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。

四、传感器的静态特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等

五、传感器的动态特性
    所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

很多传感器要在动态条件下检测,被测量可能以各种形式随时间变化。只要输入量是时间的函数,则其输出量也将是时间的函数,其间关系要用动特性来说明。设计传感器时要根据其动态性能要求与使用条件选择合理的方案和确定合适的参数;使用传感器时要根据其动态特性与使用条件确定合适的使用方法,同时对给定条件下的传感器动态误差作出估计。总之,动特性是传感器性能的一个重要方面,对其进行研究与分析十分必要。总的来说,传感器的动特性取决于传感器本身,另一方面也与被测量的形式有关。

(1)规律性的:1)周期性的:正弦周期输入、复杂周期输入;2)非周期性的:阶跃输入、线性输入、其他瞬变输入
(2)随机性的:1)平稳的:多态历经过程、非多态历经过程;2)非平稳的随机过程。

在研究动态特性时,通常只能根据“规律性”的输入来考虑传感器的响应。复杂周期输入信号可以分解为各种谐波,所以可用正弦周期输入信号来代替。其它瞬变输入不及阶跃输入来得严峻,可用阶跃输入代表。因此,“标准”输入只有三种;正弦周期输入、阶跃输入和线性输入。而经常使用的是前两种。

六、传感器的线性度
    通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。
  拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

七、传感器的灵敏度
  灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

  它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度S是一个常数。否则,它将随输入量的变化而变化。
  灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如,某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm。
  当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。
  提高灵敏度,可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高,测量范围愈窄,稳定性也往往愈差。

八、传感器的分辨力
分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时,其输出才会发生变化。
  通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同,因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示,则称为分辨率。

九、传感器的迟滞特性
  迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出-一输入特性曲线不一致的程度,通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示。
  迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。
各种传感器相关知识

一、温度传感器
   温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查,1990年,温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始,人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的,这就是后来的热电偶传感器。五十年以后,另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

我们现在主要介绍常用的热电偶温度传感器。比如两种不同材质的导体,如在某点互相连接在一起,对这个连接点加热,在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关,和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现,如果精确测量这个电位差,再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为“热电偶”。不同材质作出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1 摄氏度时,输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5 到40微伏每摄氏度之间。

由于构成热电偶的金属材料可以耐受很高的温度,例如钨铼热电偶能够工作在2000摄氏度以上的高温,常常用来检测高温环境的热物理参数,还有的材料能够在低温下工作,例如金铁热电偶能够在液氮的温度附近工作。可见热电偶传感器能够在很广泛的温度范围内工作。

热电偶传感器有自己的优点和缺陷,它灵敏度比较低,容易受到环境干扰信号的影响,也容易受到前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关,用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程,如燃烧和爆炸过程等。对一般的工业应用来说,为了保护感温元件避免受到腐蚀和磨损,总是装在厚厚的护套里面,外观就显得笨大,对于温度场的反应也就迟缓得多。使用热电偶的时候,必须消除环境温度的波动对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中,有的使用冷端补偿器抵消这种影响。当测量点远离仪表时,还需要使用热点势率和热电偶相近的导线来传输信号,这种导线称为补偿导线。

温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种,现代的温度传感器外形非常得小,这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中,也为我们的生活提供了无数的便利和功能。

二、热电阻传感器
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合,这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等,它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃~+500℃范围内的温度

三、压阻式传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。

四、电阻式传感器
 电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

五、电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。

传感器选用原则

现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量
  环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
  1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
  要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。
  在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。
  2、灵敏度的选择
  通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的厂扰信号。

  传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

  3、频率响应特性

  传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。

  传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

  在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。

  4、线性范围

  传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

  但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。

  5、稳定性

  传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。

  在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。
  传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。
  在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。
  6、精度

  精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。

  如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。

  对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
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接近式传感器的选型步骤和方法

首先,接近式传感器要根据被测物体的材料进行选择。如果要求的传感距离较短(比如0.4-10mm),电感式接近传感器可以很容易并有效地检测出任何金属类型的物体。如果距离较远的话,可以使用光电式接近传感器。若传感距离非常远,则最好选用对射式或反射式光电传感器。

 

电容式接近传感器可以检测的材料非常多,但是相应的传感距离要近一些,和电感式接近传感器相似。如果使用电容式接近传感器,那么被检测物体的体积不能太小,要满足传感器最小检测物体体积的要求。超声波和漫射式接近传感器可以检测的材料范围也很广,而且检测距离比较长。但是,在检测表面不平整的物体时可能会出现问题。

 

更多的针对接近式传感器的选型标准,还是要依赖于被测物体的特征,并且要考虑到传感器的安装方式以及环境因素。一旦所有的这些问题都清楚了以后,便可以从众多的传感器中选择出合适的类型。

详细步骤如下:

1. 确定被测物体材料

1.1 主要的电导材料

     

      不锈钢

      黄铜

     

     

     

     

      本身为非电导材料,但是涂有一定厚度金属层的物体

石墨

 

1.2 非电导材料

      塑料

      纸板,纸

      木材

      纺织物

      玻璃