模擬量信號是自動化過程控制系統中Zui基本的過程信號(壓力、溫度、流量等)輸入形式。系統中的過程信號通過變送器,將這些檢測信號轉換為統一的電壓、電流信號,并將這些信號實時的傳送至控制器(PLC)。
PLC通過計算轉換,將這些模擬量信號轉換為內部的數值信號。從而實現系統的監控及控制。從現場的物理信號到PLC內部處理的數值信號,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中,模擬量信號的輸入是非常復雜的。但是,在現目前的工業現場,對模擬量信號的處理已基本都采用電流信號方式進行傳輸,相比于電壓信號方式,電流信號抗干擾能力更強,傳輸距離更遠,信號穩定。
這里就PLC對模擬量信號的轉換過程進行一個簡單的分解介紹。
PLC對模擬量信號的轉換
▲ 西門子S7-200SMART PLC模擬量模塊對模擬量信號的轉換范圍
▲ 臺達DVP系列模擬量模塊對模擬量信號的轉換范圍
1、模擬量信號接入PLC后,PLC將模擬量信號轉換為了整型數據,不是浮點數(如西門子-27,648 到 27,648);
2、不同品牌的PLC對模擬量轉換范圍是有差異的(如西門子-27,648 到 27,648;臺達-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的模擬量信號的轉換范圍均為-27,648 到 27,648);
故從以上幾點我們可以知道,接入PLC的模擬量信號還需要進行再轉換處理,才可以得到與實際物理量相匹配的數據;在進行數據轉換處理的時候,還應該與使用的PLC模塊的處理數據范圍相對應。
PLC數據轉換處理過程
1、模擬量信號與PLC轉換數據之間的轉換
從以上內容知道,從PLC直接讀取到的模擬量信號為整型數據,整型數據無法直觀的反饋出實際的物理量大小,故為了能夠直觀的反饋出現場的過程信號情況,還應該將這些整型數據轉換為反饋直觀真實的浮點數信號。這里以臺達PLC模擬量輸入模塊的數據處理過程為例說明。
以上為臺達PLC電流輸入信號與讀取信號的對應關系。
通過以上對應關系圖,可以知道對于一個任意的電流輸入信號(X),與讀取到的數值信號(Y),有如下的對應關系:
將以上公式變換,則可以得到以下直接轉換公式,如下:
由以上公式,可以將PLC讀取到的整數數據,轉換為PLC接收到的模擬量電流信號值。
2、實際物理值與模擬量數據之間的轉換
實際物理值與模擬量數據之間的轉換方式同上面的轉換方式相同。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換關系公式:
將以上公式變換,則可以得到以下直接轉換公式, 如下:
由以上公式,可以直接將模擬量電流信號轉換為壓力值數據。
3、實際物理值與PLC內部數據直接的轉換
將PLC讀取到的數據轉換為實際的物理值,通過以上兩步轉換就可以得到。在處理時跳過輸入信號值大小的轉換,可以得到如下關系:
將以上公式變換,則可以得到以下直接轉換公式, 如下:
通過此公式,就可以直接通過PLC讀取到的數據轉換為實際的物理量值。
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