CN104808540A - 用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统和方法 - Google Patents

用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统，所述系统被配置为利用构成有多个通道的模拟输入模块，通过输出偏置值和增益值至模拟输入模块来设定模拟输入模块的偏置和增益。所述系统包括：控制单元，其被配置为输出用于输出偏置值和增益值的控制信号；设定值提供单元，其被配置为通过来自控制单元的控制信号而输出设定信号，其中所述设定信号采用包括所述偏置值和所述增益值的脉冲形式；以及继电器单元，其被配置为通过来自控制单元的控制信号而被切换用于施加设定信号给模拟输入模块。

Description

用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于通过使用脉冲波形同时读取和存储偏置和增益来设定模拟输入模块的偏置和增益的系统。
背景技术
工厂系统通常是通过单独控制机器或装置来运转。然而，随着现代工业日益多样化和复杂化，则需要改变系统。也就是，需要一种安全地运转复杂系统的重要设备的装置。因而，已开发出一种直接控制生产线的可编程逻辑控制器(PLC)。
PLC是一种通过利用可编程存储器来控制各种机器或处理器的电子装置。PLC通过数字或模拟输入和输出模块来执行专门的功能，例如逻辑、计数、排序、计时、计数和计算。
通常，PLC起计算机的作用。PLC从机器接收信号、按照编制程序来处理信号，并且输出处理后的信号至机器。
PLC用起诸如继电器、定时器以及计数器作用的控制器来代替诸如集成器件和晶体管的半导体元件，且PLC可以应用于诸如装置控制、装置值设定、实时监测、实时数据采集以及驱动安全装置等各种操作。
PLC包括提供信号给诸如自动化设备的机器的模拟输出模块(数字-模拟转换模块)和从机器接收输入的模拟输入模块(模拟-数字转换模块)。
模拟输入模块将从机器提供的模拟信号转换成数字信号并提供数字信号给内部执行处理器。模拟输出模块从执行处理器接收反映执行处理结果的数字信号，将数字信号转换成模拟信号，并且发送模拟信号给机器。
被包括在PLC内的模拟输入模块在驱动负载的同时利用诸如变换器的传感器来检测诸如预定压力、流量和温度的各种模拟信号。模拟输入模块将所检测到的模拟信号输入并转换成数字信号，并且输出数字信号至PLC执行器。
模拟输入模块测量各种电信号，例如，在1V～5V、0V～5V、0V～10V,或-10V～10V范围内的直流电压，或在0mA～20mA或4mA～20mA范围内的交流电流。
因此，需要设定偏置和增益来校正输入模块电路并为此构造系统，以便于精确地测量这些值。
在常规技术中，通过如下方法来设定偏置和增益：根据模拟输入模块的输入范围按照通道顺序输入偏置值并存储偏置值，然后，输入增益值并存储增益值。该方法存在耗费大量设定时间的问题。
发明内容
所公开的本公开提供一种用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统和方法，其通过使用脉冲波形同时读取和存储偏置和增益来减少用于设定偏置和增益所耗费的时间。
在本公开的一个总体方案中，提供一种用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统，其被配置为利用构成有多个通道的模拟输入模块，通过输出偏置值和增益值至模拟输入模块而设定模拟输入模块的偏置和增益，所述系统包括：控制单元，其被配置为输出用于输出偏置值和增益值的控制信号；设定值提供单元，其被配置为通过来自控制单元的控制信号而输出设定信号，其中所述设定信号采用包括偏置值和增益值的脉冲形式；以及继电器单元，其被配置为通过来自控制单元的控制信号而被切换用于施加设定信号给模拟输入模块。
在本公开的一些示例性实施例中，继电器单元可以包括：多个正电压施加开关，每一个正电压施加开关被分别连接至模拟输入模块中的多个通道的每一个正电压端子，且经由正电压施加线路而被共同连接至设定值提供单元；和多个负电压施加开关，每一个负电压施加开关被分别连接至模拟输入模块中的多个通道的每一个负电压端子，并且经由负电压施加线路而被共同连接至设定值提供单元。
在本公开的一些示例性实施例中，设定信号可以是脉冲波形的电压信号，且多个正电压施加开关和负电压施加开关被配置为都被接通并施加脉冲波形的电压信号给模拟输入模块中的多个通道。
在本公开的一些示例性实施例中，设定信号可以是脉冲波形的电流信号，且来自多个正电压施加开关和负电压施加开关中的相对于一个通道的一对正电压施加开关和负电压施加开关被配置为被接通并施加脉冲波形的电流信号给所述通道。
在本公开的一些示例性实施例中，多个正电压施加开关和负电压施加开关中的每一个可以被配置为顺序地被接通并施加脉冲波形的电流信号给模拟输入模块中的多个通道。
在本公开的一些示例性实施例中，采用脉冲形式的设定信号的最大值可以被设定为增益值，并且采用脉冲形式的设定信号的最小值可以被设定为偏置值。
根据本公开的示例性实施例，通过使用脉冲波形同时读取和存储偏置值和增益值，可以减少用于设定偏置和增益所耗费的时间。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例性实施例的用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统的框图。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的设定值的示例的视图。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的当通过施加电压信号来设定偏置值和增益值时的继电器单元的状态的框图。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的当通过施加电流信号来设定偏置值和增益值时的继电器单元的状态的框图。
图5是示出根据本公开的示例性实施例的用于设定模拟输入模块的偏置和增益的方法的流程图。
图6是比较根据常规技术和本公开示例性实施例的模拟输入模块的偏置和增益设定的表。
具体实施方式
在下文中，参照附图，将详细地描述本公开的示例性实施例以使得本领域中的技术人员可以制造和使用本公开的示例性实施例。为了清楚和方便描述，在本文中可能会扩大附图中所示的线路的厚度和部件的尺寸。另外，考虑在本公开中的功能来定义将要在下面所提到的术语，其可以根据使用者或操作者的意图，或实际习惯而变化。因此，应该基于本公开的全部内容来定义术语。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统的框图。
参照图1，根据本公开的示例性实施例的用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统可以由设定单元100和模拟输入模块200构成。
设定单元100通过发送偏置值和增益值至模拟输入模块200来设定模拟输入模块200的偏置和增益。模拟输入模块200从设定单元100接收偏置值和增益值。根据所接收到的偏置值和增益值，模拟输入模块200的偏置和增益被设定。
同时，设定单元100可以由控制单元110、设定值提供单元120以及继电器单元130构成。设定单元100可以包括另外的部件或结构。
控制单元110控制设定值提供单元120和继电器单元130。控制单元110输出用于设定值提供单元120和继电器单元130以输出设定值的控制信号。
这里，控制单元110可以由操作单元和显示单元构成，所述操作单元用于使用者来输入控制命令以设定模拟输入模块200的偏置和增益，所述显示单元显示系统的整体状态。例如，控制单元110可以实现为个人计算机(PC)。
同时，当控制单元110输出控制信号至设定值提供单元120以输出脉冲波形的电压信号时，控制单元110输出控制信号至继电器单元130用于同时接通所有开关。
同时，当控制单元110输出控制信号至设定值提供单元120以输出脉冲波形的电流信号时，控制单元110输出控制信号至继电器单元130用于顺序接通所有开关。
设定值提供单元120通过根据由控制单元110所发送的控制信号而进行操作的方式，输出包括模拟输入模块200的偏置值和增益值的设定信号。
同时，设定值提供单元120输出采用脉冲形式的设定信号。采用脉冲形式的设定信号的最大值和最小值可以被设定为增益值或偏置值。
这里，采用脉冲形式的设定信号的最大值可以被设定为增益值，且采用脉冲形式的设定信号的最小值可以被设定为偏置值。另外，设定信号可以是电流信号或电压信号。
也就是，设定值提供单元120输出脉冲波形的具有最大值和最小值的电流信号。另外，设定值提供单元120输出脉冲波形的具有最大值和最小值的电压信号。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的设定值的示例的视图。图2(a)是示出当增益值为5V且偏置值为0V时的脉冲波形的视图。图2(b)是示出当增益值为10V且偏置值为-10V时的脉冲波形的视图。图2(c)是示出当增益值为20mA且偏置值为0mA时的脉冲波形的视图。
这里，尽管在本示例性实施例中每个脉冲波形的脉冲间隔是50ms，但是每个脉冲波形的脉冲间隔可以根据其将要被应用于的系统而被设定为各种值。
同时，继电器单元130通过根据由控制单元110所发送的控制信号而进行操作的方式，将由设定值提供单元120输出的设定信号提供至模拟输入模块200的各个通道。
这里，继电器单元130由多个通道和分别连接至每一个通道的多个开关构成。根据设定信号是电流信号的情况，或相反，设定信号是电压信号的情况，可以不同地构成多个开关。
在下文中，尽管在本示例性实施例中描述了由四个通道(通道0至通道3)构成的模拟输入模块，但在模拟输入模块中的通道数可以根据其将被应用于的系统而变化。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的当通过施加电压信号来设定偏置值和增益值时的继电器单元的状态的框图。
继电器单元130通过经由正电压施加线路(L+)和负电压施加线路(L-)连接至设定值而被施加设定信号。
继电器单元130由分别施加设定信号给模拟输入模块中的每一个通道的多个开关构成。更具体地，继电器单元130由施加正电压的多个正电压施加开关(S1+至S4+)和施加负电压的多个负电压施加开关(S1-至S4-)构成，多个正电压施加开关(S1+至S4+)和多个负电压施加开关(S1-至S4-)分别连接至多个通道(通道0至通道3)。
这里，每一个正电压施加开关(S1+至S4+)的一侧分别连接至多个通道(通道0至通道3)的每一个正电压端子。
另外，每一个正电压施加开关(S1+至S4+)的另一侧通过共同连接至正电压施加线路(L+)而被布置成并联结构。
同样地，每一个负电压施加开关(S1-至S4-)的一侧分别连接至多个通道(通道0至通道3)的每一个负电压端子。
另外，每一个负电压施加开关(S1-至S4-)的另一侧通过共同连接至负电压施加线路(L-)而被布置成并联结构。
同时，当如图3所示施加脉冲波形的电压信号时，多个正电压施加开关(S1+至S4+)和负电压施加开关(S1-至S4-)全都被接通并同时被施加给每一个通道(通道0至通道3)。
模拟输入模块200通过接收所施加的脉冲波形的电压信号来将脉冲波形的电压信号的最大值设定为每一个通道的增益值，且将脉冲波形的电压信号的最小值设定为每一个通道的偏置值。
通过这个过程，可以使用单一脉冲波形来同时读取和设定增益值和偏置值。因而，可以减少用于设定增益值和偏置值所耗费的时间。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的当通过施加电流信号来设定偏置值和增益值时的继电器单元的状态的框图。
继电器单元130通过经由正电压施加线路(L+)和负电压施加线路(L-)连接至设定值提供单元120而被施加设定信号。
继电器单元130由分别施加设定信号给模拟输入模块中的每一个通道的多个开关构成。更具体地，继电器单元130由施加正电压的多个正电压施加开关(S1+至S4+)和施加负电压的多个负电压施加开关(S1-至S4-)构成，多个正电压施加开关(S1+至S4+)和多个负电压施加开关(S1-至S4-)分别连接至多个通道(通道0至通道3)。
这里，每一个正电压施加开关(S1+至S4+)的一侧分别连接至多个通道(通道0至通道3)的每一个正电压端子。
另外，每一个正电压施加开关(S1+至S4+)的另一侧通过共同连接至正电压施加线路(L+)而被布置成并联结构。
同样地，每一个负电压施加开关(S1-至S4-)的一侧分别连接至多个通道(通道0至通道3)的每一个负电压端子。
另外，每一个负电压施加开关(S1-至S4-)的另一侧通过共同连接至负电压施加线路(L-)而被布置成并联结构。
同时，当如图4所示施加脉冲波形的电流信号时，仅一对对应于通道(通道0)的正电压施加开关(S1+)和负电压施加开关(S1-)被接通和施加给该通道(通道0)。
此刻，多个正电压施加开关(S1+至S4+)和负电压施加开关(S1-至S4-)被顺序地接通和施加脉冲波形的电流信号给每一个通道(通道0至通道3)。
模拟输入模块200通过接收所施加的脉冲波形的电流信号来将脉冲波形的电流信号的最大值设定为每一个通道的增益值，且将脉冲波形的电流信号的最小值设定为每一个通道的偏置值。
通过这个过程，可以使用单一脉冲波形来同时读取和设定增益值和偏置值。因而，可以减少用于设定增益值和偏置值所耗费的时间。
图5是示出根据本公开的示例性实施例的用于设定模拟输入模块的偏置和增益的方法的流程图。
参照图5，首先，通过使用者的操作，控制单元110输出用于设定模拟输入模块200的偏置和增益的控制信号(S100：控制信号输出步骤)。
当通过控制信号输出步骤S100输出控制信号时，设定值提供单元120通过控制信号而输出脉冲波形的设定信号(S200：设定信号输出步骤)。
此刻，控制单元110输出控制信号以输出脉冲波形的电压信号或电流信号。
之后，根据设定信号是脉冲波形的电压信号还是脉冲波形的电流信号，设定信号被同时地或顺序地施加给模拟输入模块200中的所有通道(S300：设定信号施加步骤)。
此刻，当设定信号是脉冲波形的电压信号时，构成继电器单元130且分别连接至模拟输入模块200的每一个通道的每一个开关全都被接通且同时施加脉冲波形的电压信号给模拟输入模块200的所有通道。
也就是，当模拟输入模块200由四个通道(通道0至通道3)构成时，脉冲波形的电压信号被同时施加给所有的四个通道(通道0至通道3)。
同时，当设定信号是脉冲波形的电流信号时，构成继电器单元130且分别连接至模拟输入模块200的每一个通道的每一个开关被顺序地接通且顺序地施加脉冲波形的电流信号给模拟输入模块200的所有通道。
也就是，当模拟输入模块200由四个通道(通道0至通道3)构成时，从通道0至通道3脉冲波形的电流信号被顺序地施加。
这里，由控制单元110的操作信号来控制开关的操作状态。
也就是，当控制单元110输出控制信号至设定值提供单元120以输出脉冲波形的电压信号时，控制单元110输出控制信号至继电器单元130用于同时接通所有开关。
同时，当控制单元110输出控制信号至设定值提供单元120以输出脉冲波形的电流信号时，控制单元110输出控制信号至继电器单元130用于顺序地接通所有开关。
之后，通过设定信号施加步骤S300而施加设定信号给模拟输入模块200，模拟输入模块200通过设定信号来设定偏置值和增益值(S400：设定步骤)。
此刻，设定信号的最大值被设定为增益值，而设定信号的最小值被设定为偏置值。
图6是比较根据常规技术和本公开示例性实施例的模拟输入模块的偏置和增益设定的表。当由四个通道构成的模拟输入模块的输入范围分别为0～5V、-10～10V和0～20mA时，常规技术所耗费的设定时间和本公开示例性实施例所耗费的设定时间。
如图6所示，与常规技术相比，本公开的示例性实施例可以耗费明显少很多的设定时间。
同时，尽管上面已经描述了本公开的示例性实施例，然而，本公开的范围并不受如上所述的实施例限制。因此，可以在限制范围内以各种变形例或改进例来替代地实现本公开，以使得对于本公开所属领域中的技术人员来说这些差别是显而易见的。
上述示例性实施例和附图旨在是说明性的，而非限制权利要求书的范围。通过以下的权利要求书来解释本公开的保护范围，且在本公开的范围的等同范围内的所有技术构思都应被解释为被包括在内。

Claims (6)

1.一种用于设定模拟输入模块的偏置和增益的系统，其被配置为利用构成有多个通道的所述模拟输入模块，通过输出偏置值和增益值至所述模拟输入模块来设定所述模拟输入模块的偏置和增益，所述系统包括：
控制单元，其被配置为输出用于输出所述偏置值和所述增益值的控制信号；
设定值提供单元，其被配置为通过来自所述控制单元的控制信号而输出设定信号，其中所述设定信号采用包括所述偏置值和所述增益值的脉冲形式；以及
继电器单元，其被配置为通过来自所述控制单元的控制信号而被切换用于施加所述设定信号给所述模拟输入模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述继电器单元包括：
多个正电压施加开关，每一个所述正电压施加开关被分别连接至所述模拟输入模块中的所述多个通道的每一个正电压端子，并且经由正电压施加线路而被共同连接至所述设定值提供单元；和
多个负电压施加开关，每一个所述负电压施加开关被分别连接至所述模拟输入模块中的所述多个通道的每一个负电压端子，并且经由负电压施加线路而被共同连接至所述设定值提供单元。
3.根据权利要求2所述的系统，其中
所述设定信号是脉冲波形的电压信号，并且
所述多个正电压施加开关和负电压施加开关被配置为都被接通并施加脉冲波形的电压信号给所述模拟输入模块中的所述多个通道。
4.根据权利要求2所述的系统，其中
所述设定信号是脉冲波形的电流信号，并且
来自所述多个正电压施加开关和负电压施加开关中的相对于一个通道的一对正电压施加开关和负电压施加开关被配置为被接通并施加脉冲波形的电流信号给所述通道。
5.根据权利要求4所述的系统，其中
所述多个正电压施加开关和负电压施加开关中的每一个被配置为顺序地被接通并施加脉冲波形的电流信号给所述模拟输入模块中的所述多个通道。
6.根据权利要求1所述的系统，其中
采用脉冲形式的所述设定信号的最大值被设定为增益值，并且
采用脉冲形式的所述设定信号的最小值被设定为偏置值。
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