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模拟量输入方式及应用

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:有多种输入模拟量的方法:1.用模拟量输入单元输入模拟量把模拟量转换成数字量的PLC工作单元称模入单元,简称AD单元。模拟量一般指标准电信号、电流或电压。2)平均:可连续采集多次数据,然后加以平均,以平均后的数作为输入。

模拟量输入方式及应用

有多种输入模拟量的方法:

1.用模拟量输入单元输入模拟量

把模拟量转换成数字量的PLC工作单元称模入单元,简称AD单元。多数PLC的AD单元是单独的模块,但也有集成到CPU模块中的,如OMRON公司的CQM1CPU43、CP1HA型机。

模拟量一般指标准电信号电流或电压。电流为4~20mA。电压为0~10V,或1~5V,或±10V等。具体是什么,又是多少,可依型号情况及设定开关设定。

转换后的数字量可以为二进制8位、10位、12位、16位,或更高。对应的分辨率分别为量程的1/255、1/1023、1/4095及1/32767,或更小。分辨率高精度也高。大、中型机的模入单元,精度高,多为12位,小型机差点,不少为8位。

图4-17所示为模入单元的工作示意框图。

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图4-17 模入单元示意框图

从图知,它自身有输入电路(本例为四路)、多路选择器、A/D转换器、范围选择器、光耦合器、CPU、内存、看门狗定时器电源及总线接口

从输入电路知,它可接电流信号,也可接电压信号。

一个模入单元一般只有一个A/D转换器。但有了多路选择器的依次切换,则可实现多路模拟信号处理。转换后再经光耦合器转储到它自身的内存中。这样做,当然要耽误一些时间,但节省了器件与空间。算是以时间换取空间嘛。

有的模入单元,可在存储之前进行相应的处理,处理后才存;存储后的数据,再经PLC的I/O总线接口,在PLCI/O刷新时,被读入到PLC内部继电器或I/O继电器的相应通道中。

由于这里用有光耦器,故与普通的I/O单元一样,抗干扰的能力也很强。但有的公司为了降低成本,也生产有无隔离的AD单元。当然,它抗干扰能力也差了。

常用的AD单元有4路、8路的,还有多达16路的。也有少的只有1路、2路的等等。

使用AD单元时,要了解它的性能。它的主要性能有:

(1)模拟量规格。指可接受或可输出的标准电流或标准电压的规格,一般多些好,便于使用;

(2)数字量位数。指数字量用多少位二进制数表达多,较好,精度高;

(3)转换路数。指可实现多少路的模拟量转换,多好,可处理多路信号;

(4)转换时间。指实现一次模拟量转换的时间,少好,路多时,时间长;

(5)功能。指除了实现数模转换时的一些附加功能,有的还有标定(Scaling)、平均(Mean)、峰值(PeakVaule)及开方(Square Root)功能。其含义分别是:

1)标定。设定转换后的数字量的上限(与模拟量的最大值对应,如20mA)及下限(与模拟量的最小值对应,如4mA),当使设定标定功能使能时,则单元会自动地把模拟量按比例转换成上、下限之间的值。如图4-18所示。

图中虚线表示的是,未标定时的电压与输出值的对应关系:0V时,输出为0;10V时,输出为4000。实线为标定功能使能后的情况。这时,0V时,输出为1000;10V时,输出为9000。在0~10V之间,如5V,则为5000。当然,这个5000,是输入单元自动给出的,人工不必计算。

2)平均:可连续采集多次数据,然后加以平均,以平均后的数作为输入。要否平均,由多少次数作平均,可设定。使用平均,可减少干扰,但转换时间将增长。

3)峰值:可保持输入过程的最大值。峰值保持使能失效,则保存值复位为零。

4)开平方:当平方根使能位使能后,可使数据转换成平方根,以便于特殊使用。

最后要说明的是,不是所有模入、模出单元都有这些功能,一般性能高的才有这些功能。虽如此,但PLC却都有很多相关的数据计算指令,对此,也可作处理。

使用AD单元第一步是选用。要选性能合适的单元,既要与PLC的型号相当,规格、功能也要一致,而且配套的附件或装置也要选好。

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图4-18 数据标定(www.xing528.com)

第二步是接线。要按要求接线,端子上都有标明。用电压信号,只能接电压端;用电流信号只能接电流端。接线要注意屏蔽,以减少干扰。

第三步是设定。有硬设定及软设定。硬设定用DIP开关,软设定则用DM区,或运行相应的初始化PLC程序。作了设定,才能确定要使用哪些功能,选用什么样的数据转换,数据存储于什么单元等。一句话,没有进行必要的设定,如同没有接好线一样,单元也是不能使用的。

2.用采集脉冲输入模拟量

PLC都有接收脉冲信号的单元(中、大型机)或输入内插板或输入点(小型机)。它用的是输入中断的方法接收脉冲,计数、计数值与设定值比较以至于比较结果输出,都可用中断的方法处理。其响应速度是非常快的。所以,用它可接收与处理几k到几百k频率的脉冲信号。

如使用带有中断功能的输入点,也可编写有关中断服务程序,对输入脉冲计数及处理。其计数与处理的频率也是很高的。

如脉冲频率低于每秒100次,用普通的输入点,并用定时中断程序,定时查询与处理该点的输入脉冲,也是可以的。

用脉冲信号,可计脉冲数,也可计脉冲频率。前者与运动的行程、累计流量等绝对量对应,后者与运动速度、流量等相对量对应。只要模拟量传感器能把模拟量转换为脉冲量或脉冲频率,PLC正确接收后,即可进行反变换,从测到的脉冲量或脉冲频率即可得知原始的模拟量值。

以下对定时中断程序,定时查询与处理该点的输入脉冲作简介:

OMRONCP2A等机型有定时中断指令,其梯形图格式为

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这里,C1为控制码,取值000(一次性定时开始),003(周期性定时开始)时,C2为定时时间间隔,C3(BCD码)代表将调用的子程序号;取值006(读定时器现值)时,C2、C2+1及C3存定时器开始定时后已过去的时间及相应单位,见以下注3;取值010(停止定时)时,C2、C3没有用,但须设为0。

注1:C2可以是常数,BCD码格式,取值可从0000~9999,单位毫秒。但取值为0000时,等于不进行定时中断。C2也可以是地址,要占两个字。低字(C2)代表定时值,BCD码。高字(C2+1)为定时单位,也为BCD码。取值只能在0005~0320之间,单位为0.1ms;即所可能设的单位可以在0.5ms~32ms之间。

注2:STIM也是减计数计时,计时开始,STIM现值为设定值,进而每经历一个计数单位,其现值减1。当现值减到0时,将调以C3编号的子程序。同时,如C1设为003时,STIM的现值又返回到设定值,并重新开始计时。

注3:当C1=006,读定时器现值时,C2存的为定时器已过去时间数,C2+1存的为时间数的单位,都是BCD码。C3存的也为定时器已计过的时间数,BCD码,但其单位为0.1ms。而计算从最后一次计时开始,真正已过去的时间为

{(C2的值)×(C2+1的值)+(C3的值)}×0.1ms

图4-19所示的为起动周期定时中断程序,在PLC第一个扫描周期时执行。其含义是,定义一个定时值为10ms的,周期工作的,内部定时中断程序。每当定时到,即调子程序1。

图4-20所示为子程序1的内容(子程序的标号1未标出)。这里用的是符号地址。只要这里“脉冲信号”频率,不大于定时中断时间间隔的倒数,本子程序即可把“脉冲信号”(通过“@INC”指令),计入“即时脉冲数”字地址中,而保证不丢失脉冲。

从图还可看出,每次调本子程序一次,通过执行“INC”指令,还使“计时值”增1。进而,执行“CMP”指令,把“计时值”与常数10(BCD码,当然,也可为别的什么数)比较。若“计时值”等于10,则“P_EQ”ON,接着使“LR0.11”ON。“LR0.11”ON后,将执行随后的3个“MOV”指令,相继实现把“即时脉冲数”传送给“累计脉冲数”,把0传送给“即时脉冲数”,把0传送给“计时值”。后两者为新一轮累计计数作准备。

从以上讨论可知,这里“累计脉冲数”存的是每10个定时中断间隔计入的脉冲总数。反映的计入脉冲的频率,间接反映了如转速这类的模拟量。

应指出的是,尽管PLC采集脉冲信号的实时性不如采集模拟信号,但它比模拟信号电平高、信号失真的影响不大,所以,抗干扰能力特强,加上PLC处理脉冲技术的发展,因而,当今用脉冲量输入去反映模拟量已用的越来越多。有关处理脉冲信号更深入的问题,在本书第5章将作进一步讨论。

3.PLC其它模拟量输入、输出方法

随着PLC模拟量控制应用的增多,除了模入、模出单元,还有模入与模出混合在一起单元,这更便于用户使用。选用一个混合模块,就可实现对若干路的模拟量控制。

此外,还有可进行温度检测、流量检测、称重检测等单元。可把检测这些物理量的传感器接入这些单元,不用变送器,即可直接实现这些物理量到数字量间的转换。有了这些模块,对这些模拟量的检测就更方便了。

再进一步,还有种种模拟量或某个物理量控制模块。不仅能检测这些物理量,而且,还可按一定算法,产生模拟量输出,不通过PLC的CPU就可实现对控制对象的控制。如PID控制、模糊控制模块就是这样。再如温度控制模块,实质上,它就是挂接在PLC上的一块温度控制表。这时,PLC的作用只是与其交换数据与实施必要的监控。

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图4-19 起动周期定时中断程序

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图4-20 计脉冲频率程序

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