模擬量信號是自動化過程控制系統(tǒng)中最基本的過程信號(壓力、溫度、流量等)輸入形式。系統(tǒng)中的過程信號通過變送器,將這些檢測信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電壓、電流信號,并將這些信號實(shí)時(shí)的傳送至控制器(PLC)。
PLC通過計(jì)算轉(zhuǎn)換,將這些模擬量信號轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的數(shù)值信號。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控及控制。從現(xiàn)場的物理信號到PLC內(nèi)部處理的數(shù)值信號,有以下幾個步驟:
從以上PLC模擬量的信號輸入流程可以看到,在自動化過程控制系統(tǒng)中,模擬量信號的輸入是非常復(fù)雜的。但是,在現(xiàn)目前的工業(yè)現(xiàn)場,對模擬量信號的處理已基本都采用電流信號方式進(jìn)行傳輸,相比于電壓信號方式,電流信號抗干擾能力更強(qiáng),傳輸距離更遠(yuǎn),信號穩(wěn)定。
這里就PLC對模擬量信號的轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行一個簡單的分解介紹。
1、PLC對模擬量信號的轉(zhuǎn)換
西門子S7-200SMART PLC模擬量模塊對模擬量信號的轉(zhuǎn)換范圍
臺達(dá)DVP系列模擬量模塊對模擬量信號的轉(zhuǎn)換范圍
從以上可以看到:
1.模擬量信號接入PLC后,PLC將模擬量信號轉(zhuǎn)換為了整型數(shù)據(jù),不是浮點(diǎn)數(shù)(如西門子-27,648 到 27,648);
2.不同品牌的PLC對模擬量轉(zhuǎn)換范圍是有差異的(如西門子-27,648 到 27,648;臺達(dá)-32,384 到 32,384);
3.PLC同一個模塊對不同類型的模擬量信號的轉(zhuǎn)換范圍是一致的(如西門子對±10 V、±5 V、±2.5 V 或 0 到 20mA的模擬量信號的轉(zhuǎn)換范圍均為-27,648 到 27,648);
故從以上幾點(diǎn)我們可以知道,接入PLC的模擬量信號還需要進(jìn)行再轉(zhuǎn)換處理,才可以得到與實(shí)際物理量相匹配的數(shù)據(jù);在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理的時(shí)候,還應(yīng)該與使用的PLC模塊的處理數(shù)據(jù)范圍相對應(yīng)。
2、PLC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理過程
模擬量信號與PLC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換:
從以上內(nèi)容知道,從PLC直接讀取到的模擬量信號為整型數(shù)據(jù),整型數(shù)據(jù)無法直觀的反饋出實(shí)際的物理量大小,故為了能夠直觀的反饋出現(xiàn)場的過程信號情況,還應(yīng)該將這些整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反饋直觀真實(shí)的浮點(diǎn)數(shù)信號。這里以臺達(dá)PLC模擬量輸入模塊的數(shù)據(jù)處理過程為例說明。
以上為臺達(dá)PLC電流輸入信號與讀取信號的對應(yīng)關(guān)系
通過以上對應(yīng)關(guān)系圖,可以知道對于一個任意的電流輸入信號(X),與讀取到的數(shù)值信號(Y),有如下的對應(yīng)關(guān)系:
將以上公式變換,則可以得到以下直接轉(zhuǎn)換公式,如下:
由以上公式,可以將PLC讀取到的整數(shù)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換為PLC接收到的模擬量電流信號值。
實(shí)際物理值與模擬量數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換:
實(shí)際物理值與模擬量數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換方式同上面的轉(zhuǎn)換方式相同。如下為某壓力變送器的壓力與模擬量信號范圍(0.1-10bar,4-20mA),同樣的,壓力與電流之間有如下的轉(zhuǎn)換關(guān)系公式:
將以上公式變換,則可以得到以下直接轉(zhuǎn)換公式,如下:
由以上公式,可以直接將模擬量電流信號轉(zhuǎn)換為壓力值數(shù)據(jù)。
實(shí)際物理值與PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)直接的轉(zhuǎn)換:
將PLC讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理值,通過以上兩步轉(zhuǎn)換就可以得到。在處理時(shí)跳過輸入信號值大小的轉(zhuǎn)換,可以得到如下關(guān)系:
將以上公式變換,則可以得到以下直接轉(zhuǎn)換公式,如下:
通過此公式,就可以直接通過PLC讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理量值。
以上即為PLC對模擬量信號的處理過程及方法。
模擬量轉(zhuǎn)換案例解析:
廠區(qū)采用將噴涂車間產(chǎn)生的工業(yè)廢水凈化處理回用方式,將污水處理車間的凈化水提供給熱動力車間作為冷卻水回用,同時(shí)將熱動力車間產(chǎn)生的工業(yè)廢水排回到廢水車間進(jìn)行凈化處理。通過將電流值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的現(xiàn)場液位值,實(shí)現(xiàn)對液體高度的精準(zhǔn)監(jiān)測和測量。
審核編輯 黃宇
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