CN107168284A - 一种自动校准plc模拟量输出模块的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动校准PLC模拟量输出模块的装置和方法，包括主控芯片、模拟量输出模块、分压网络模块、通道模块和模拟转换器；模拟量输出模块、分压网络模块、通道模块通过模拟开关芯片实现，本发明在硬件方面只需在主控芯片上连接一个模拟开关芯片，再将一个模拟转换器同时连接主控芯片和模拟转换器，通过相关的软件控制，即可实现自动校准，实现方式简单，提高了产品的生产时的效率和准确率，实现了自动校准功能，提高了校准效率，降低了错误率。通过本发明的设计，在进行PLC模拟量输出校准时人工干预少，操作人员只要按下启动按键，便可以在结束后通过查看发光二极管的状态来判定是否校准通过，校准期间不需要人工干预。
Description
技术领域
本发明涉及模拟量采集技术领域，特别是涉及一种自动校准PLC模拟量输出模块的装置和方法。
背景技术
在各种工业自动化控制场合以及信号采集中，需要大量的模拟量信号采集，模拟量对信号质量要求很高，要求模拟量采集的精度越高越好，这样能精确的知道现场的信号细微的变化，因此有必要设计相对高精度的模拟量采集板卡，但由于模拟量器件本身精度的限制，以及PCB印制板布线之间的干扰，从硬件方面解决模拟量精度作用有限，所以一般情况下，需要通过人工来校准参数。
采用手动校准方法，操作工人需对模块的每一个通道一一进行校准，对每个通道校准的步骤也非常复杂，校准过程相对耗费人工，而且校准结果不准确，不利于批量校准测试，生产效率低。采用手动校准方法，是由人工去完成大量的重复性工作，浪费人力资源，耗费企业生产成本，采用手动校准方法，操作工人长时间重复单一的工作，容易产生疲劳，进而会导致对产品漏校准或误校准的情况，产品质量得不到保障。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明公开一种自动校准PLC模拟量输出模块的装置和方法，从而使校准速度快，校准过程无需人工干预，提高生产效率，提高产品质量。
解决方案如下，本发明公开一种自动校准PLC模拟量输出模块的装置，包括：
主控芯片：通过串行通讯接口控制模拟量输出模块输出类型以及输出信号的大小，主控芯片存储有差值范围表并对比模拟转换器的值与输出特定信号的大小；
模拟量输出模块：在主控芯片的控制下，输出相应大小的电压信号或电流信号；
分压网络模块：把输入的电压信号或电流信号分压到模数转换器可以接受的输入范围；
通道模块：对应分压网络模块，供分压网络模块分压的值通过不同的通道流入到模数转换器中；
模数转换器：将通道模块中流入的模拟电压信号或者模拟电流信号转换成数字电压信号或者数字电流信号，再输入到主控芯片中进行对比。
其中，所述分压网络模块设置有多个子网络模块，每个子网络模块上都并联有两个精度为0.1％的精密电阻，每个子网络模块的输出端分别连接通道模块中对应的子通道。
其中，所述分压网络模块上设置有八个子网络模块，八个子网络模块分别对应8个子通道。
其中，所述主控芯片采用AT89C51，模拟量输出模块、分压网络模块以及通道模块分别集成在一个模拟开关芯片中，所述模拟开关芯片采用MAX4581，主控芯片的其中三个输出端与模拟开关芯片的三个输入端电连接，主控芯片的三个输出端的电平变化控制模拟开关芯片上对应的八个子通道的输出。
其中，所述模拟转换器包括模拟转换芯片AD7792以及两个分压电阻和一个滤波电容，两个分压电阻连接在模拟转换芯片与开关芯片之间，所述滤波电容并联在两个分压电阻之间，所述模拟转换芯片的输出端与主控芯片 AT89C51电连接。
本发明还公开一种自动校准PLC模拟量输出模块的方法，包括：
主控芯片上电复位；
主控芯片检测是否有启动校准模拟量输出模块的指令；
当启动校准模拟量输出模块时，主控芯片通过串行通信控制模拟量输出模块的特定通道模块输出特定电压信号或电流信号；
主控芯片控制该通道对应的通路导通，并读取模数转换器的值；
主控芯片存储有差值范围表，对比模数转换器的值与输出特定信号的大小；
根据对比值的大小，调整模拟输出模块输出的电压信号或电流信号的大小。
其中，当差值在输出误差范围内，则认为此通道已校准完成；
当差值不在输出误差范围内，则进一步判断差值的大小；
当模数转换器的值比较小，则增大模拟量输出模块输出的电压信号或电流信号，反之，则减小模拟量输出模块输出的电压或电流信号，并重复上述过程直到所有通道都得到校准。
其中，当启动校准模拟量输出模块时，主控芯片首先通过串行通信设置模拟量输出模块为电压信号的输出，再控制与主控芯片连接的发光二极管灯灭，然后进行模拟量输出模块的校准；
完成电压信号的输出后，主控芯片通过串行通信设置模拟量输出模块为电流信号输出，再控制提示完成的发光二极管灯灭，然后进行模拟量输出模块的校准。
其中，校准模拟量输出模块的电流信号或者电压信号时，采集模数转换器只有一个模数转换通道，同一时间内只校准其中一个通道，
其中，在每个模数转换的分步骤中，主控芯片首先通过串行通信控制模拟量输出模块其中一个通道输出满量程预置值，切换模拟开关芯片对应的通路导通；
等待100ms使模拟量输出信号避开信号从模拟量输出到信号采集模块的传输延时后，单片机再去读取模数转换器的值，与满量程值进行对比；
如果对比差值在允许误差范围内，则表示本通道校准完成，随后进行下一通道的校准，直到模拟量输出模块的各个通道都得到校准；
如果对比值差不在允许误差范围内，再对比读取到模数转换器的值是否比满量程值大；
如果偏大，则控制模拟量输出模块当前校准通道输出更小的值，并进行重复上述校准流程；
如果偏小，则控制模拟量输出模块当前校准通道输出更大的值，并进行重复上述校准流程。
当模拟量输出模块的所有通道都得到校准后，控制发光二极管常亮提示模块校准完成。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的自动校准PLC模拟量输出模块的装置结构简单，在硬件方面只需在主控芯片上连接一个模拟开关芯片，再将一个模拟转换器同时连接主控芯片和模拟转换器，通过相关的软件控制，即可实现自动校准，硬件控制简单，软件设置上也相对简单，但本发明的设计提高了产品的生产时的效率和准确率，实现了自动校准功能，提高了校准效率，降低了错误率。通过本发明的设计，在进行PLC模拟量输出校准时人工干预少，操作人员只要按下启动按键，便可以在结束后通过查看发光二极管的状态来判定是否校准通过，校准期间不需要人工干预。
附图说明
图1为本发明实施例的自动校准模块示意图；
图2为本发明实施例的分压网络模块示意图；
图3为本发明实施例的通道模块结构图；
图4为本发明实施例控制电路原理图；
图5为本发明实施例自动校准的方法总框图；
图6为本发明实施例校准模拟量输出模块子程序流程图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本案作进一步地描述。
请参阅图1，本发明公开一种自动校准PLC模拟量输出模块的装置，包括：
主控芯片：通过串行通讯接口控制模拟量输出模块输出类型以及输出信号的大小，主控芯片存储有差值范围表并对比模拟转换器的值与输出特定信号的大小；
模拟量输出模块：在主控芯片的控制下，输出相应大小的电压信号或电流信号；
分压网络模块：把输入的电压信号或电流信号分压到模数转换器可以接受的输入范围；
通道模块：对应分压网络模块，供分压网络模块分压的值通过不同的通道流入到模数转换器中；
模数转换器：将通道模块中流入的模拟电压信号或者模拟电流信号转换成数字电压信号或者数字电流信号，再输入到主控芯片中进行对比。
在本实施例中，请参阅图2，分压网络模块设置有八个子网络模块，每个子网络模块上都并联有两个精度为0.1％的精密电阻，即共有16个精密电阻，每个子网络模块的输出端分别连接通道模块中对应的子通道。对应的，子通道设置有八个，参阅图3中主控芯片与通道模块串行通信示意图，通道P0-P7 为电压信号或电流信号的输出通道，在通道模块上还设置有24V的电压输入通道，接地通道以及两个悬空的通道。
在本实施例重，分压网络的主要功能是把输入的电压信号或电流信号分压到模数转换器可以接受的输入范围。如：工业上常用的模拟量输出信号有 -10V～10V和-20MA～+20MA。当-10V～10V接入到第一个通道P0端子时，经过R1和R2构成的分压网络，代入具体电阻值，得到AIN0的电压为-2.63V～2.63V。
当-20MA～+20MA接入到第一个通道P0端子时，经过R1和R2构成的分压网络，可以知道AIN0的电压＝(-20MA～+20MA)*R2,代入具体电阻值，得到AIN0的电压为-2.5V～2.5V。
请参阅图4，在本实施例中，主控芯片采用AT89C51芯片，模拟量输出模块、分压网络模块以及通道模块分别集成在一个模拟开关芯片中，模拟开关芯片采用MAX4581，主控芯片的P10引脚、P11引脚与P12引脚分别与模拟开关芯片的A引脚、B引脚以及C引脚电连接，主控芯片通过这三个引脚的不同信号的输入来控制模拟开关芯片的八个通道的工作，例如：当P10输出高电平，P11与P12输出低电平时，将选择模拟开关U1的第二个通道X1与其输出 X导通，即实现了信号经分压网络分压后的信号AIN1传输到模数转换器 AD7792的输入端，其他几个信号通道的控制原理也一样。
在本实施例中，模拟转换器包括模拟转换芯片AD7792以及两个分压电阻 R19和R18的分压限流和一个滤波电容C4，两个分压电阻连接在模拟转换芯片与开关芯片之间，滤波电容C4并联在两个分压电阻R19和R18之间，模拟转换芯片AD7792的低电平的CS引脚、SCLK引脚、DIN引脚以及DOUT/RDY引脚与主控芯片AT89C51电连接，经过模拟转换芯片AD7792的模拟信号转数字信号后，输入到主控芯片中进行对比分析判断。
在本实施例中，主控芯片U2还包括一个由电阻R17与电容C3构成的复位电路，该电路用于给主控芯片U2上电复位；同时，电容C1、电容C2、与晶体振荡器X1构成振荡电路，该电路用于给单片机U2提供工作时钟。
在本实施例中，主控芯片U2上还连接有按键式开关S1，按键式开关S1给主控芯片提供启动校准信号，由于本实施例所用的主控芯片U2的特性，在没有按下开关S1时，主控芯片U2识别到高电平信号输入，按下开关S1后，主控芯片U2识别到低电平信号，主控芯片通过识别到从高变低的下降沿电平信号，从而认为启动信号有效，从而启动自动校准模块。在本实施例中，电阻 R20与发光二极管D1构成校准结果提示电路，电阻R20起到限流作用，当校准完成时，单片机控制发光二极管D1常亮。
请参阅图5，本发明还公开一种自动校准PLC模拟量输出模块的方法，包括：
主控芯片上电复位；
主控芯片检测是否有启动校准模拟量输出模块的指令；
当启动校准模拟量输出模块时，主控芯片通过串行通信控制模拟量输出模块的特定通道模块输出特定电压信号或电流信号；
主控芯片控制该通道对应的通路导通，并读取模数转换器的值；
主控芯片存储有差值范围表，对比模数转换器的值与输出特定信号的大小；
根据对比值的大小，调整模拟输出模块输出的电压信号或电流信号的大小。
其中，当差值在输出误差范围内，则认为此通道已校准完成；
当差值不在输出误差范围内，则进一步判断差值的大小；
当模数转换器的值比较小，则增大模拟量输出模块输出的电压信号或电流信号，反之，则减小模拟量输出模块输出的电压或电流信号，并重复上述过程直到所有通道都得到校准。
当启动校准模拟量输出模块时，主控芯片首先通过串行通信设置模拟量输出模块为电压信号的输出，再控制与主控芯片连接的发光二极管灯灭，然后进行模拟量输出模块的校准；
完成电压信号的输出后，主控芯片通过串行通信设置模拟量输出模块为电流信号输出，再控制提示完成的发光二极管灯灭，然后进行模拟量输出模块的校准。
请参阅图6，校准模拟量输出模块的电流信号或者电压信号时，采集模数转换器只有一个模数转换通道，同一时间内只校准其中一个通道，
在每个模数转换的分步骤中，主控芯片首先通过串行通信控制模拟量输出模块其中一个通道输出满量程预置值，切换模拟开关芯片对应的通路导通；
等待100ms使模拟量输出信号避开信号从模拟量输出到信号采集模块的传输延时后，单片机再去读取模数转换器的值，与满量程值进行对比；
如果对比差值在允许误差范围内，则表示本通道校准完成，随后进行下一通道的校准，直到模拟量输出模块的各个通道都得到校准；
如果对比值差不在允许误差范围内，再对比读取到模数转换器的值是否比满量程值大；
如果偏大，则控制模拟量输出模块当前校准通道输出更小的值，并进行重复上述校准流程；
如果偏小，则控制模拟量输出模块当前校准通道输出更大的值，并进行重复上述校准流程。
当模拟量输出模块的所有通道都得到校准后，控制发光二极管常亮提示模块校准完成。
本发明的优势在于：
1、本发明的自动校准PLC模拟量输出模块的装置结构简单，在硬件方面只需在主控芯片上连接一个模拟开关芯片，再将一个模拟转换器同时连接主控芯片和模拟转换器，通过相关的软件控制，即可实现自动校准；提高了产品的生产时的效率和准确率，实现了自动校准功能，提高了校准效率，降低了错误率，从而提高产品的质量；
2)硬件控制简单，软件设置上也相对简单，在进行PLC模拟量输出校准时人工干预少，操作人员只要按下启动按键，便可以在结束后通过查看发光二极管的状态来判定是否校准通过，校准期间不需要人工干预。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自动校准PLC模拟量输出模块的装置，其特征在于，包括：
主控芯片：通过串行通讯接口控制模拟量输出模块输出类型以及输出信号的大小，主控芯片存储有差值范围表并对比模拟转换器的值与输出特定信号的大小；
模拟量输出模块：在主控芯片的控制下，输出相应大小的电压信号或电流信号；
分压网络模块：把输入的电压信号或电流信号分压到模数转换器可以接受的输入范围；
通道模块：对应分压网络模块，供分压网络模块分压的值通过不同的通道流入到模数转换器中；
模数转换器：将通道模块中流入的模拟电压信号或者模拟电流信号转换成数字电压信号或者数字电流信号，再输入到主控芯片中进行对比。
2.根据权利要求1所述的自动校准PLC模拟量输出模块的装置，其特征在于，所述分压网络模块设置有多个子网络模块，每个子网络模块上都并联有两个精度为0.1％的精密电阻，每个子网络模块的输出端分别连接通道模块中对应的子通道。
3.根据权利要求2所述的自动校准PLC模拟量输出模块的装置，其特征在于，所述分压网络模块上设置有八个子网络模块，八个子网络模块分别对应8个子通道。
4.根据权利要求3所述的自动校准PLC模拟量输出模块的装置，其特征在于，所述主控芯片采用AT89C51，模拟量输出模块、分压网络模块以及通道模块分别集成在一个模拟开关芯片中，所述模拟开关芯片采用MAX4581，主控芯片的其中三个输出端与模拟开关芯片的三个输入端电连接，主控芯片的三个输出端的电平变化控制模拟开关芯片上对应的八个子通道的输出。
5.根据权利要求4所述的自动校准PLC模拟量输出模块的装置，其特征在于，所述模拟转换器包括模拟转换芯片AD7792以及两个分压电阻和一个滤波电容，两个分压电阻连接在模拟转换芯片与开关芯片之间，所述滤波电容并联在两个分压电阻之间，所述模拟转换芯片的输出端与主控芯片AT89C51电连接。
6.一种自动校准PLC模拟量输出模块的方法，其特征在于，包括：
主控芯片上电复位；
主控芯片检测是否有启动校准模拟量输出模块的指令；
当启动校准模拟量输出模块时，主控芯片通过串行通信控制模拟量输出模块的特定通道模块输出特定电压信号或电流信号；
主控芯片控制该通道对应的通路导通，并读取模数转换器的值；
主控芯片存储有差值范围表，对比模数转换器的值与输出特定信号的大小；
根据对比值的大小，调整模拟输出模块输出的电压信号或电流信号的大小。
7.根据权利要求6所述的自动校准PLC模拟量输出模块的方法，其特征在于，当差值在输出误差范围内，则认为此通道已校准完成；
当差值不在输出误差范围内，则进一步判断差值的大小；
当模数转换器的值比较小，则增大模拟量输出模块输出的电压信号或电流信号，反之，则减小模拟量输出模块输出的电压或电流信号，并重复上述过程直到所有通道都得到校准。
8.根据权利要求1所述的自动校准PLC模拟量输出模块的方法，其特征在于，当启动校准模拟量输出模块时，主控芯片首先通过串行通信设置模拟量输出模块为电压信号的输出，再控制与主控芯片连接的发光二极管灯灭，然后进行模拟量输出模块的校准；
完成电压信号的输出后，主控芯片通过串行通信设置模拟量输出模块为电流信号输出，再控制提示完成的发光二极管灯灭，然后进行模拟量输出模块的校准。
9.根据权利要求1所述的自动校准PLC模拟量输出模块的方法，其特征在于，校准模拟量输出模块的电流信号或者电压信号时，采集模数转换器只有一个模数转换通道，同一时间内只校准其中一个通道。
10.根据权利要求9所述的自动校准PLC模拟量输出模块的方法，其特征在于，在每个模数转换的分步骤中，主控芯片首先通过串行通信控制模拟量输出模块其中一个通道输出满量程预置值，切换模拟开关芯片对应的通路导通；
等待100ms使模拟量输出信号避开信号从模拟量输出到信号采集模块的传输延时后，单片机再去读取模数转换器的值，与满量程值进行对比；
如果对比差值在允许误差范围内，则表示本通道校准完成，随后进行下一通道的校准，直到模拟量输出模块的各个通道都得到校准；
如果对比值差不在允许误差范围内，再对比读取到模数转换器的值是否比满量程值大；
如果偏大，则控制模拟量输出模块当前校准通道输出更小的值，并进行重复上述校准流程；
如果偏小，则控制模拟量输出模块当前校准通道输出更大的值，并进行重复上述校准流程。
当模拟量输出模块的所有通道都得到校准后，控制发光二极管常亮提示模块校准完成。
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| CN107168284B (zh) | 2020-04-28 |
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