CN105739419A - 一种plc控制系统模拟量数据采集与控制装置 - Google Patents

Abstract

一种PLC控制系统模拟量数据采集与控制装置，在工业控制中，经常会遇到电流、电压、温度、压力、位移、速度等连续变化的模拟信号，将这些连续变化的参数通过检测仪表将其变成电信号送入PLC的A/D转换器，变成PLC所能接受的数字信号，经过PLC内的控制运算，再由D/A转换器向外发出控制命令，构成具有模拟量输入、输出的PLC控制系统，完成对模拟量的采集和控制。

Description

一种PLC控制系统模拟量数据采集与控制装置

所属技术领域

本发明涉及一种可进行数据采集和控制的装置，尤其是对PLC控制系统的模拟量数据进行采集与控制的装置。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，控制技术在各领域中得到了越来越广泛的应用，小到单台自动化装置，大到全自动化工厂，都要靠控制系统的支持，才能得以实现。目前控制装置的种类很多，其中较为典型的，应用最为广泛的是可编程控制器。可编程控制器具有很强的逻辑控制功能，能广泛应用与需要继电器控制的场合，并且中大型的可编程控制器也具有模拟量闭环控制能力。可编程控制器以其可靠性极高，耐恶劣环境能力强，使用极为方便等三大特点，迅速占领了工业市场的领域，成为工业自动化领域的强有力工具，并于机器人，CAD/CAM并列成为工业生产自动化的三大支柱，在当前和以后工业自动化控制领域中所用的主要手段和重要控制设备将是可编程控制器。

可编程控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用一类可编程的控制器，用于其内部的存储器程序执行逻辑运算，顺序控制定时，计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式，或模拟式或输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可变程序控制器及其有关的外部设备都易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展功能原则设计。

PLC作为一种很有特色和很有发展前途的控制设备，就目前的应用特点来看，主要用于有大量开关量和少数模拟量的控制系统中。在实际应用中往往需要通过模拟量所采集的值，对执行机构进行控制。在实际控制中，某些输入量(如压力、温度等)是模拟量信号，某些执行机构(如伺服电动机、调节阀等)要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU只能处理数字量信号。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压信号，将它们送给PLC后，用A/D转换器变成数字量。这些数字量可能是二进制的，也可能是十进制的。带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制原码或补码表示。D/A转换器则是将PLC的数字输出量转换为模拟量的电压或电流信号，再去控制执行机构。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于PLC的模拟量数据采集与控制装置。本设计通过检测仪表将其变成电信号送入PLC的A/D转换器，变成PLC所能接受的数字信号，经过PLC内的控制运算，再由D/A转换器向外发出控制命令，构成具有模拟量输入、输出的PLC控制系统

本发明的目的是这样实现的：

一种PLC控制系统模拟量数据采集与控制装置，其组成主要包括：模拟量检测仪1、PLC控制系统2、模拟量传输模块3组成，其中检测仪表将模拟量变成电信号送入PLC的A/D转换器，变成PLC所能接受的数字信号，经过PLC内的控制运算，再由D/A转换器向外发出控制命令，构成具有模拟量输入、输出的PLC控制系统。

所述的一种PLC控制系统模拟量数据采集与控制装置，其特征在于：要对这些连续的模拟量进行采集并送给CPU模块，对这些模拟量进行模/数(A/D)转换，使可编程控制器接收这些数据。模拟量输入模块就是用来将模拟信号转换成PLC能接收的数字信号。模拟量输入模块的功能就是进行模拟量到数字量的转换，将模拟量输入的采样值转换成二进制数，再把输入通道号及其它信息一起送到系统的内部总线上。

本发明由微处理器模块S1、视觉识别装置S2、移动平台控制器S3、车体位置矫正装置S4和机械臂抓取装置S5组成。通过检测仪表将其变成电信号送入PLC的A/D转换器，变成PLC所能接受的数字信号，经过PLC内的控制运算，再由D/A转换器向外发出控制命令，构成具有模拟量输入、输出的PLC控制系统。如果要对这些连续的模拟量进行采集并送给CPU模块，必须对这些模拟量进行模/数(A/D)转换，使可编程控制器接收这些数据；模拟量输入模块就是用来将模拟信号转换成PLC能接收的数字信号；模拟量输入模块的功能就是进行模拟量到数字量的转换，将模拟量输入的采样值转换成二进制数，然后再把输入通道号及其它信息一起送到系统的内部总线上。

本发明的结构特点及有益效果：

1、该发明针对基于模拟量采集和控制装置，可靠性提高、省却了其他投入的成本。

2、采用通用微机的适应性差，不能适应高温、强电干扰等恶劣环境，采用PLC可以有效避免这些问题。

附图说明

图1为本发明的模拟量输入信号的滤波流程图；

图2为本发明的模拟量输入信号数值整定流程图；

图3为对A/D转换结果进行线性比例变换梯形图；

图4为调整偏移量增益的流程图；

图5为D/A转换梯形图；

图6为D/A转换功能输出锯齿电压梯形图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和具体连接关系做更详细地描述：

图1为本发明的模拟量输入信号的滤波流程图；。对于PLC的模拟量输入信号，可以采用数字滤波方法来消除采样过程中的随机误差；平移式平均值滤波法的滤波原理为：若要采样N次，则每采样一次就将采样值存储起来，然后将这个采样值与前N—1次的采样值进行算术平均值运算，结果作为本次采样值的滤波值。这样，每个扫描周期只需要采样一次，但取N个采样值来计算滤波值。每采样一次，采样值就向前平移一次，为下一次滤波值计算做准备。

图2为本发明的模拟量输入信号数值整定流程图。在有的PLC中，数据不是从数据字的第0位开始的，在整定时就要进行移位操作，使数据的最低位排列在数据字的第0位上；由于控制的需要或条件的所限，有些系统中某些过程的测量并不是从零开始到最大值，而是取中间一段有效区域；模拟量的输出值整定过程是一个线性处理的过程，根据输出实际控制量的范围与最大数字量位值的关系，确定各输出量的位值。模拟量的输出整定可按下图所示的过程进行。

图3为对A/D转换结果进行线性比例变换梯形图；具体步骤是首先进行A/D转换，再使用二进制加法指令ADB(50)将转换结果加一个数，目的是得到一个正数，这是因为有些转换在模拟输入电压很小时，转换的结果可能是负数。最后进行使用SCL(17)扩展指令进行线性变换。

图4为调整偏移量增益的流程图。实际偏移量调整就是零点调整，而增益调整是满度值调整。对于A/D转换来说，输入0信号时，转换的数字量应该为0，若不为0，就应该进行调整。而输入满度值的模拟电压时，转换的数字量就应该是满度的数字量，若不是满度数字量，就应该调整。调整的方法是在输入端接一个可调整信号，然后调整这信号，使转换的数字量满足0值和满度值的要求。对于A/D转换器，需要数字量在0值或满度值时，输出的模拟电压也应该是0值或满度值，若不是这样，就需要调整。调整方式：用数字电压表监测输出的模拟量信号，然后增大或减小数字信号，直到输出的模拟信号满足要求为止。调整完毕，需要将数据写进单元的EEPROM中保存起来。

图5为D/A转换梯形图；A/D转换得到的数据提供给D/A转换，所以需要A/D转换的输入1和D/A转换的输入1同时工作。若需要输入1和输出1同时工作，需要向DM1000中写入十六进制的0011，要使输入1和输出1的电压范围都是0～10V，需要向DM1001单元中写入十六进制的0101。由于单元号是#0，所以A/D转换的数据是从IR105单元读出，D/A转换的数据需要向IR101单元写入，为使D/A转换器工作，需要使IR10000位为1。

图6为D/A转换功能输出锯齿电压梯形图；利用BCD增1指令INC(58)，每0.02s增加一个数，当该数大于某数值时清0后，重新计数。该数同时送到D/A转换器输出模拟电压。在INC(58)十六框中有一个向上的箭头，该箭头代表微分，就是说对于0.02s时钟位25401的每一个上升沿，INC(58)十六只执行一次。由于INC(58)指令只能对BCD码进行加1操作，而D/A转换需要的是二进制数据，所以梯形图中使用了BCD数转换成二进制数的指令BIN(23)，另外还所用了比较指令CMP(20)用于判断加1数据的大小及决定是否需要将该数据清0。

Claims (2)

1.一种PLC控制系统模拟量数据采集与控制装置，其组成主要包括：模拟量检测仪(1)、PLC控制系统(2)、模拟量传输模块(3)组成，其中检测仪表将模拟量变成电信号送入PLC的A/D转换器，变成PLC所能接受的数字信号，经过PLC内的控制运算，再由D/A转换器向外发出控制命令，构成具有模拟量输入、输出的PLC控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种PLC控制系统模拟量数据采集与控制装置，其特征在于：要对这些连续的模拟量进行采集并送给CPU模块，对这些模拟量进行模/数(A/D)转换，使可编程控制器接收这些数据。模拟量输入模块就是用来将模拟信号转换成PLC能接收的数字信号。模拟量输入模块的功能就是进行模拟量到数字量的转换，将模拟量输入的采样值转换成二进制数，再把输入通道号及其它信息一起送到系统的内部总线上。