CN209728501U - 一种用于自动校准plc模拟量输入输出模块的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于通讯控制技术领域，具体涉及一种用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，包括测试机箱、电源网络模块、上位机、万用表、测试底板和程控电源，所述上位机与测试机箱通过网线连接，所述程控电源与上位机通过串口线连接，所述程控电源的电源输出通道与所述测试机箱内通过信号线连接，所述万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，所述测试机箱与所述电源网络模块通过网线与物理信号线连接，所述电源网络模块连接在测试底板上并可与所述PLC模拟量输入输出模块进行通讯连接。本装置在校准过程中不需人工参与，校准速度高，效果好，操作方便，可以降低人工成本和时间成本，适用于批量生产测试。

Description

一种用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置

技术领域

本实用新型属于通讯控制技术领域，具体涉及一种用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置。

背景技术

随着科学技术的发展，目前越来越多的PLC采用模块化设计，其中模拟量输入输出模块是扩展IO模块中不可或缺的一个模块，在工业领域对于模拟量信号的采集和输出精度往往有着很高的要求，而受限于硬件器件的精度，往往需要在模块生产后进行校准才能满足要求。

现有技术中，模拟量输入输出模块通常是使用人工校准，而且通常是针对单一模式的自动校准，针对上述情况，手动校准耗时耗力，且往往校准结果不符合预期，效率低；单一模式的自动校准在针对集成度高的模拟量输入输出模块时需要在不同模式间人工接线，效率低，且没有校准记录，不适用于批量生产。

综上所述，亟需提供一种不需人工参与，校准速度高，效果好，操作方便，可以降低人工成本和时间成本，适用于批量生产测试的自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种不需人工参与，校准速度高，效果好，操作方便，可以降低人工成本和时间成本，适用于批量生产测试的自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，包括测试机箱、电源网络模块、上位机、万用表、测试底板和程控电源，所述上位机与测试机箱通过网线连接，所述程控电源与上位机通过串口线连接，所述程控电源的电源输出通道与所述测试机箱内通过信号线连接，所述万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，所述测试机箱与所述电源网络模块通过网线与物理信号线连接，所述电源网络模块连接在测试底板上并可与所述PLC模拟量输入输出模块进行通讯连接。

PLC模拟量输入输出模块具有多路可支持电压、电流、温度等不同信号输入采集的输入通道及多路支持电压、电流信号输出的输出通道，在上位机的控制下采集指定类型的模拟量并上报给上位机，另外接收上位机下发的数据并输出相应大小的电压信号；具体应用过程中，待校准模块与测试机箱通过多组物理信号线连接，并安装在测试底板上可通过内部总线以及网络电源模块与上位机进行数据交互；测试机箱与网络电源模块分别通过网线与物理信号线连接，用于通信及给电源网络模块供电；上位机与测试机箱通过网线连接，并通过测试机箱内的交换机与万用表及电源网络模块通信；万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，其中网线用于和上位机通信，信号线用于数字万用表的电压、电流等采集端子和测试机箱内的继电器矩阵连接；程控电源与上位机通过USB 串口线连接，用于通信，程控电源的电源输出通道与测试机箱内的继电器矩阵通过信号线连接，用于电压、电流等信号提供信号源。

各部件在工作过程的作用如下：底板模块：为模拟量输入输出模块提供系统电源链路和通信链路；网络电源模块：为模拟量输入输出模块供电和提供与上位机的通信接口；万用表：用于采集物理量信号，比待校准校准模块精度指标高两个数量级以上，并将采集的数据上报给上位机作为参考信号；程控电源：作为电压源、电流源在上位机的控制下输出给定信号；测试机箱：由继电器矩阵、交换机和若干高精度电阻组成，在上位机的控制下切换矩阵内继电器的不同通断组合，形成不同的测试链路。上位机，通过网口或串口对模拟量输入输出模块、万用表、程控电源、测试机箱进行控制，进行不同模式下的校准并将数据存入数据库，在输入模式下，将万用表采集的值作为参考值与模块采集的实际值进行比对拟合；在输出模式下将给定值作为参考值与万用表采集的模块输出值进行比对拟合，实现校准。

相较于现有的模拟量输入输出模块的校准，本装置和方法在校准过程中不需人工参与，校准速度高，效果好，操作方便，可以降低人工成本和时间成本，适用于批量生产测试。

进一步的技术方案是，测试机箱至少包括继电器矩阵、交换机和若干高精度电阻，在所述上位机的控制下切换矩阵内继电器的不同通断组合可形成不同的测试链路，所述上位机通过测试机箱内的交换机与万用表及电源网络模块通信，所述网线用于和上位机通信，所述信号线用于数字万用表的电压、电流等采集端子和测试机箱内的继电器矩阵连接。本领域技术人员应当理解，此处所述的继电器矩阵构成矩阵开关。

如此，本实用新型具有多路可支持电压、电流、温度等不同信号输入采集的输入通道及多路支持电压、电流信号输出的输出通道，在上位机的控制下采集指定类型的模拟量并上报给上位机，另外接收上位机下发的数据并输出相应大小的电压信号，可通过内部总线以及网络电源模块与上位机进行数据交互。

进一步的技术方案是，所述高精度电阻和交换机分别通过导线和网线与继电器矩阵连接，所述万用表、PLC模拟量输入输出模块、程控电源通过导线与继电器矩阵相连。

进一步的技术方案是，所述继电器矩阵由多个继电器块排列组合构成，每个继电器块由多个继电器排列组合构成，通过控制控制继电器矩阵的继电器吸合断开组合实现不同的接线组合。

进一步的技术方案是，所述继电器块为8个继电器组成2行4列的小开关阵列。

进一步的技术方案是，所述测试底板按预定尺寸划分为若干槽位区间，每个槽位区间上均设有自定义的标准接口，设置在背板模块上的部件分别与不同的自定义的标准接口相连。模拟量输入输出模块提供系统电源链路和通信链路

进一步的技术方案是，所述万用表为数字万用表。

进一步的技术方案是，所述程控电源与上位机通过USB串口线连接。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1本实用新型一种实施方式所涉及的自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置的使用过程结构示意图；

图2本实用新型一种实施方式所涉及的测试机箱结构以及与外部的连接示意图；

图3本实用新型一种实施方式所涉及的继电器矩阵的结构示意图；

图4本实用新型一种实施方式所涉及的继电器块的结构示意图；

图5为利用本实用新型进行电流输出校准的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本实用新型实施例如下，参照图1，一种用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，包括测试机箱、电源网络模块、上位机、万用表、测试底板和程控电源，所述上位机与测试机箱通过网线连接，所述程控电源与上位机通过串口线连接，所述程控电源的电源输出通道与所述测试机箱内通过信号线连接，所述万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，所述测试机箱与所述电源网络模块通过网线与物理信号线连接，所述电源网络模块连接在测试底板上并可与所述PLC模拟量输入输出模块进行通讯连接。

PLC模拟量输入输出模块具有多路可支持电压、电流、温度等不同信号输入采集的输入通道及多路支持电压、电流信号输出的输出通道，在上位机的控制下采集指定类型的模拟量并上报给上位机，另外接收上位机下发的数据并输出相应大小的电压信号；具体应用过程中，待校准模块与测试机箱通过多组物理信号线连接，并安装在测试底板上可通过内部总线以及网络电源模块与上位机进行数据交互；测试机箱与网络电源模块分别通过网线与物理信号线连接，用于通信及给电源网络模块供电；上位机与测试机箱通过网线连接，并通过测试机箱内的交换机与万用表及电源网络模块通信；万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，其中网线用于和上位机通信，信号线用于数字万用表的电压、电流等采集端子和测试机箱内的继电器矩阵连接；程控电源与上位机通过USB 串口线连接，用于通信，程控电源的电源输出通道与测试机箱内的继电器矩阵通过信号线连接，用于电压、电流等信号提供信号源。

各部件在工作过程的作用如下：底板模块：为模拟量输入输出模块提供系统电源链路和通信链路；网络电源模块：为模拟量输入输出模块供电和提供与上位机的通信接口；万用表：用于采集物理量信号，比待校准模块精度指标高两个数量级以上，并将采集的数据上报给上位机作为参考信号；程控电源：作为电压源、电流源在上位机的控制下输出给定信号；测试机箱：由继电器矩阵、交换机和若干高精度电阻组成，在上位机的控制下切换矩阵内继电器的不同通断组合，形成不同的测试链路。上位机，通过网口或串口对模拟量输入输出模块、数字万用表、程控电源、矩阵开关进行控制，进行不同模式下的校准并将数据存入数据库，在输入模式下，将万用表采集的值作为参考值与模块采集的实际值进行比对拟合；在输出模式下将给定值作为参考值与万用表采集的模块输出值进行比对拟合，实现校准。

相较于现有的模拟量输入输出模块的校准，本装置和方法在校准过程中不需人工参与，校准速度高，效果好，操作方便，可以降低人工成本和时间成本，适用于批量生产测试。

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图3，测试机箱至少包括继电器矩阵、交换机和若干高精度电阻，在所述上位机的控制下切换矩阵内继电器的不同通断组合可形成不同的测试链路，所述上位机通过测试机箱内的交换机与万用表及电源网络模块通信，所述万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，其中网线用于和上位机通信，信号线用于数字万用表的电压、电流等采集端子和测试机箱内的继电器矩阵连接。

如此，本实用新型具有多路可支持电压、电流、温度等不同信号输入采集的输入通道及多路支持电压、电流信号输出的输出通道，在上位机的控制下采集指定类型的模拟量并上报给上位机，另外接收上位机下发的数据并输出相应大小的电压信号，可通过内部总线以及网络电源模块与上位机进行数据交互。

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2，所述高精度电阻和交换机分别通过导线和网线与继电器矩阵连接，所述万用表、PLC模拟量输入输出模块、程控电源通过导线与继电器矩阵相连。

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图3，所述继电器矩阵由多个继电器块排列组合构成，每个继电器块由多个继电器排列组合构成，通过控制控制继电器矩阵的继电器吸合断开组合实现不同的接线组合。也可以按照图3将多个继电器块按照上下左右相连的组合成继电器矩阵，实现更复杂的电路组合。

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图4，所述继电器块为8个继电器组成2行4列的小开关阵列。该继电器块由8个继电器组成2行 4列的小开关阵列，当L1与A1的继电器吸合时L1与A1导通，通过切换不同的继电器的导通与关断实现不同的电路组合。

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述测试底板按预定尺寸划分为若干槽位区间，每个槽位区间上均设有自定义的标准接口，设置在背板模块上的部件分别与不同的自定义的标准接口相连。模拟量输入输出模块提供系统电源链路和通信链路

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1，所述万用表为数字万用表。

上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1，所述程控电源与上位机通过USB串口线连接。

本实用新型可实现包括电压输入校准、电流输入校准、温度输入校准、电压输出校准、电流输出校准等。

电压输入校准模式实现分为以下几个步骤：

步骤1：电压输入模式校准初始化；上位机配置模拟量输入输出模块的通道模式为电压输入模式；上位机配置万用表的采集模式为电压输入采集；上位机配置程控电源为电压输出模式，且输出0V；由于电压输入可以并联，因此上位机配置矩阵开关使继电器矩阵组成的测试电路模式为所有的电压输入通道、程控电源、万用表并联；

步骤2：电压输入模式采集校准参考数据；上位机控制程控电源依次从0V 到量程的大端(如+10V)按若干等分进行步进，并同时采集万用表采集的正电压值作为参考值，读取模拟量输入输出模块各电压输入通道采集的电压值作为实际值。上位机控制矩阵开关的继电器开关矩阵的通断切换，将程控电源的正负端反向与万用表及模块的输入通道并联，以进行负电压校准。上位机控制程控电源依次从0V到量程的大端(如+10V)按若干等分进行步进，并同时采集万用表采集的负电压值作为参考值，读取模拟量输入输出模块各电压输入通道采集的负电压值作为实际值。

步骤3：电压输入模式线性拟合；由于模拟量采集通路上的器件精度通常是影响放大系数和基准值偏移，因此可以使用线性拟合的方法进行校准。上位机对上述数据进行线性拟合，以模拟量输入输出模块采集的若干电压值为原始值x，以万用表采集的若干电压值为参考值y，每个通道得到一组拟合参数，并将校准结果存入数据库及下发给模块。模拟量输入输出模块将上位机下发的校准数组存入eeprom，并置相应的校准标志位。

步骤4：电压输入模式校准完成；模拟量输入模块在上报采集的电压数据时将原始值与校准参数计算后得到的值作为新的原始值上报，实现校准。

电流输入校准模式实现分为以下几个步骤：

步骤1：电流输入模式校准初始化；上位机配置模拟量输入输出模块的对应通道模式为电流输入模式；上位机配置万用表的采集模式为电流输入采集；上位机配置程控电源为电流输出模式，且输出0mA；上位机配置矩阵开关使继电器矩阵切换组成的测试电路模式为当前的电流输入采集通道、程控电源、万用表串联；

步骤2：电流输入模式采集校准参考数据，上位机控制程控电源依次从0mA 到量程的大端(如20mA)按若干等分进行步进，并同时采集万用表采集的电流值作为参考值，读取模拟量输入输出模块当前的电流输入通道采集的电流值作为实际值。

步骤3：电流输入模式线性拟合；上位机对采集的数据进行线性拟合，以模拟量输入输出模块采集的若干电流值为原始值x，以万用表采集的若干电流值为参考值y，每个通道得到一组拟合参数。模拟量输入输出模块将上位机下发的校准数组存入eeprom，并置相应的校准标志位。

步骤4：电流输入模式校准完成；模拟量输入模块在上报采集的电压数据时将原始值与校准参数计算后得到的值作为新的原始值上报，实现校准。

温度输入校准实现分为以下几个步骤：

步骤1：温度输入模式校准初始化；模块采集温度信号一般都是通过采集 pt100/pt1000温度传感器两端的电阻值来得到温度信号，因此对温度输入模式的校准参考输入采用温度量程范围内电阻值均匀分布的若干高精度、低温漂电阻。上位机配置模拟量输入输出模块的对应通道模式为温度输入模式；上位机配置矩阵开关使继电器矩阵切换组成的测试电路模式为当前的温度输入采集通道、量程范围小端的电阻串联；

步骤2：温度输入模式采集校准参考数据；上位机控制矩阵开关依次量程范围小端的电阻到量程的大端电阻进行步进，使用对应的高精度电阻作为参考值，读取模拟量输入输出模块当前的温度输入通道采集的电阻值作为实际值。

步骤3：温度输入模式线性拟合；上位机对采集的数据进行线性拟合，以模拟量输入输出模块采集的若干电阻值为原始值x，以依次接入的若干高精度电阻的阻值为参考值，每个通道得到一组拟合参数。模拟量输入输出模块将上位机下发的校准数组存入eeprom，并置相应的校准标志位。

步骤4：温度输入模式校准完成；模拟量输入模块在上报采集的电阻数据时将原始值与校准参数计算后得到的值作为新的原始值上报，实现校准。

电压输出校准模式实现分为以下几个步骤：

步骤1：电压输出模式校准初始化；上位机配置模拟量输入输出模块的对应通道模式为电压输出模式；上位机配置万用表为电压采集模式；上位机配置矩阵开关使继电器矩阵切换组成的测试电路模式为当前的电压输出通道、万用表并联；

步骤2：电压输出模式采集校准参考数据；上位机控制模拟量输入输出模块依次从量程的小端(如-10V)到大端(如+10V)等间隔输出若干组电压，使用设定的输出值为参考值，读取万用表采集的模拟量输入输出模块当前的电压输出通道输出的电压值作为实际值。

步骤3：电压输出模式模式线性拟合；上位机对采集的数据进行线性拟合，以万用表采集的模拟量输入输出模块输出的若干电压值为原始值x，以依次设定的输出值为参考值，每个通道得到一组拟合参数。模拟量输入输出模块将上位机下发的校准数组存入eeprom，并置相应的校准标志位。

步骤4：电压输出模式校准完成；模拟量输入输出模块在输出电压时将设置的输出值与校准参数计算后得到的值作为新的输出值输出给DA芯片，实现校准。

如图5，电流输出校准实现包括以下几个步骤：

步骤1：电流输出模式校准初始化；上位机配置模拟量输入输出模块的对应通道模式为电流输出模式；上位机配置万用表为电流采集模式；上位机配置矩阵开关使继电器矩阵切换组成的测试电路模式为当前的电流输出通道、万用表串联；

步骤2：电流输出模式采集校准参考数据；上位机控制模拟量输入输出模块依次从量程的小端(如0mA)到大端(如20mA)等间隔输出若干组电流，使用设定的输出值为参考值，读取万用表采集的模拟量输入输出模块当前的电流输出通道输出的电流值作为实际值。

步骤3：电压输出模式模式线性拟合；上位机对采集的数据进行线性拟合，以万用表采集的模拟量输入输出模块输出的若干电流值为原始值x，以依次设定的输出值为参考值，每个通道得到一组拟合参数。模拟量输入输出模块将上位机下发的校准数组存入eeprom，并置相应的校准标志位。

步骤4：电流输出模式校准完成；模拟量输入输出模块在输出电流时将设置的输出值与校准参数计算后得到的值作为新的输出值输出给DA芯片，实现校准。特别的，为了提高精度，可以进行分段校准。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，包括测试机箱、电源网络模块、上位机、万用表、测试底板和程控电源，所述上位机与测试机箱通过网线连接，所述程控电源与上位机通过串口线连接，所述程控电源的电源输出通道与所述测试机箱内通过信号线连接，所述万用表与测试机箱通过网线与信号线连接，所述测试机箱与所述电源网络模块通过网线与物理信号线连接，所述电源网络模块连接在测试底板上并可与所述PLC模拟量输入输出模块进行通讯连接。

2.根据权利要求1所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，测试机箱至少包括继电器矩阵、交换机和若干高精度电阻，在所述上位机的控制下切换矩阵内继电器的不同通断组合可形成不同的测试链路，所述上位机通过测试机箱内的交换机与万用表及电源网络模块通信，所述网线用于和上位机通信，所述信号线用于数字万用表的电压、电流等采集端子和测试机箱内的继电器矩阵连接。

3.根据权利要求2所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，所述高精度电阻和交换机分别通过导线和网线与继电器矩阵连接，所述万用表、PLC模拟量输入输出模块、程控电源通过导线与继电器矩阵相连。

4.根据权利要求2所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，所述继电器矩阵由多个继电器块排列组合构成，每个继电器块由多个继电器排列组合构成，通过控制控制继电器矩阵的继电器吸合断开组合实现不同的接线组合。

5.根据权利要求4所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，所述继电器块为8个继电器组成2行4列的小开关阵列。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，所述测试底板按预定尺寸划分为若干槽位区间，每个槽位区间上均设有自定义的标准接口，设置在背板模块上的部件分别与不同的自定义的标准接口相连。

7.根据权利要求4所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，所述万用表为数字万用表。

8.根据权利要求6所述的用于自动校准PLC模拟量输入输出模块的装置，其特征在于，所述程控电源与上位机通过USB串口线连接。