关于PLC工程量转换的方法的探讨与研究

PLC工程量转换的方法P L C工程量转换的方法1、基本概念我们生活在一个物质的世界中。

世间所有的物质都包含了化学和物理特性，我们是通过对物质的表观性质来了解和表述物质的自有特性和运动特性。

这些表观性质就是我们常说的质量、温度、速度、压力、电压、电流等用数学语言表述的物理量，在自控领域称为工程量。

这种表述的优点是直观、容易理解。

在电动传感技术出现之前，传统的检测仪器可以直接显示被测量的物理量，其中也包括机械式的电动仪表。

2、标准信号在电动传感器时代，中央控制成为可能，这就需要检测信号的远距离传送。

但是纷繁复杂的物理量信号直接传送会大大降低仪表的适用性。

而目_大多传感器属于弱信号型，远距离传送很容易出现衰减、干扰的问题。

因此才出现了二次变送器和标准的电传送信号。

二次变送器的作用就是将传感器的信号放大成为符合工业传输标准的电信号，如0-S V, 0-l OV或4-20m A(其中用得最多的是4-20m A)。

而变送器通过对放大器电路的零点迁移以及增益调整，可以将标准信号准确的对应于物理量的被检测范围，如。

-1000C或一10-1000C等等。

这是用硬件电路对物理量进行数学变换。

中央控制室的仪表将这些电信号驱动机械式的电压表、电流表就能显示被测的物理量。

对于不同的量程范围，只要更换指针后而的刻度盘就可以了。

更换刻度盘不会影响仪表的根本性质，这就给仪表的标准化、通用性和规模化生产带来的无可限量的好处。

3、数字化仪表到了数字化时代，指钊一式显示表变成了更直观、更精确的数字显示方式。

在数字化仪表中，这种显示方式实际上是用纯数学的方式对标准信号进行逆变换，成为大家习惯的物理量表达方式。

这种变换就是依靠软件做数学运算。

这些运算可能是线性方程，也可能是非线性方程，现在的电脑对这些运算是易如反掌。

4、信号变换中的数学问题信号的变换需要经过以下过程:物理量一传感器信号一标准电信号一A/D转换一数值显示。

声明:为简单起见，我们在此讨论的是线性的信号变换。

同时略过传感器的信号变换过程。

假定物理量为A，范围即为A O- A m，实时物理量为X;标准电信号是B O-Bm，实时电信号为Y;A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z o如此，B O对应于A O }Bm对应于A m } Y对应于X，及Y=f(X)。

由于是线性关系，得出方程式为Y=(Bm-B O)*(X-A O)/(A m-A O)+B O。

又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方程z=fi x)可以表;;为z=}Cm-C O Q*}-A O}/}A m-A O}+C o。

那么就很容易得出逆变换的数学方程为x=}A m-A O}*}z-C O Q/}Cm-C O Q+A o。

方程中计算出来的x就可以在显>,;器上直接表达为被检测的物理量。

s,P L C中逆变换的计算方法以57-200和4- 20m A为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400-32000，及C O=6400 Cm=32000。

于是，X=(A m-A O)*(Z-6400)/(32000-6400)+A O o例如某温度传感器和变送器检测的是一10- 60 0C，用上述的方程表达为x=}o*}z-64o o}/2s6o o-l0。

经过P L C的数学运算指令计算后，H M I可以从结果寄存器中读取并直接显小为工程量。

用同样的原理，我们可以在H M I上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值。

在S7-200中，(Z-6400)/2s600的计算结果是非常重要的数值。

这是一个0-1.0C100})的实数，可以直接送到P ID指令(不是指令向导)的检测值输入端。

P ID指令输出的也是0一 1.0的实数，通过前面的计算式的反计算，可以转换成6400-32000，送到D/A端曰变成4一20m A输出。

工控现场离小开温度控制，温度数据的采集通常由温度传感器热电偶、热电阻来完成，而温度数据的变换与处理方法很多，司一用温度仪、工控机、A}编程序控制器(又称P L C)等。

其中A}编程序控制器对温度处理硬件实现A}通过模块化来实现，编程也很简练，足理想的选择。

P L C还可对温度进行模数和数模转换，输出对应的模拟量进而实现对温度及其他设备的在线控制。

可编程序控制器P L C对温度传感器(热电偶、热电阻)的数据进行采集与处理时，温度变量经温度传感器送入P L C的温度模块(变送器十模数转换)，转换后的数字量司一被尸L C以字(w or d)的形式直接读出，根据用户所需，在尸L C存储器内编制相应的梯形I}}程序，对温度进行单位转换和数模转换，进而实现对温度的开环或闭环控制及温度对其他设备的跟随控制。

本文以O M R O N小型P L C为例为说明对温度数据的采集和处理。

温度数据采集和控制系统流程如图1所示。

图1控制系统流程图2O M R ON小型P L C简介自从20世纪70年代可编程序控制器诞生之后，经过不断更新和完善，在工业控制领域得广泛的应用，传统的继电接触逻辑控制已无法与其相比。

O M R O N小型机具有与大中型机同等的数据运算、处理和组网能力，并且日益向模块化方向发展，I/O模块不仅仅局限于数字量，还有温度数据采集与转换模块、上位机链接模块及现场总线等通讯模块，可方便地与O M R O N各种可编程终端(触摸屏/人机界面)连接，为工业控制现场提供更加完善的解决方案。

现在流行的O M R O N小型P L C有C P M1A, C P M2A和C P M2C(超薄型)，三款P L C功能渐增，体积渐减，都可通过侧挂功能模块来实现功能扩展，I/O可通过扩展由本机C P U的20}60点增加到100-140点;程序后备为快闪存储器，无需电池支持，基本指令扫描时问仅为172}s，外部中断响应时问在13 m s以卜:本机带有5k日z和215 k日z的单相和三相高速脉冲输入计数功能，并有2k日z以上的单脉冲输出功能。

3温度模块丁S101DA对温度的采集及P L C对温度数据的处理C P M1A及C P M2A可挂接的温度模块种类很多，其中C P M2A一下S101DA,C P M IA一下S001/ 002分别连接由铂热电阻和热电偶传送来的温度信号，尽管每个C P U可允许连接3个扩展单元，但同样功能的模块只能连接其中一种，且最多连接两个同种模块。

如图2所示，下S101DA可接两路铂热电阻，并且带有两路模拟量输出V ou t(电压)和l ou t(电流)，但只能选择其中一种。

温度模块的输入与输出共占用P L C三个输入输出字，输入、输出地址字编号紧接P L C最后一个扩展单元，即温度模块的前一个功能模块单元(假设输入地址字n,输出m，则T S101DA的第一路输入(1A,1B, 1B)地址字为n+1，第二路输入为n+2,输出V ou t和l ou t共用一个地址字m+10图2T s1}1Dt4端子接线图下S101DA的温度输入范围为一40一十20 0C，对应的Pt100阻值分别为8 213Q和19 411Q，模拟量输出的D/A线性比例关系见图3下S101DA模块的电流输出为4-v20 m A，电压输出范围有两种，分别为0-}-10 V和一10-}-10 V，可通过设置控制字来选择输出电压的范围，如表1所示。

控制字在P L C第一个扫描周期必须写入对应的模拟量输出通道m+1，否则整个模块无法工作，即使不用模拟量输出。

为了避免控制字被覆盖，后续程序中如果向该通道写入数据，应在第一个扫描周期之后。

如:铂热电阻采集到的温度数据经下S101DA内的变送器和数模转换后，可被P L C从对应的输入通道中读出。

下S101DA内的温度字的格式如表2所示:T S101DA输出的温度字格式共有16位，其中0-}-13位为二进制温度数据，13为最高位;第14位为温度数据的符号位，"0”表示正温度数据，"1”表示负温度数据;第“15”位为报警位，"0”表示温度在允许范围内，"1”表示温度超出允许范围。

P L C通过M O V指令把n+1或n十2通道采集到的温度数据读入指定的内部数据存储区D M中，如温度为正，把0-}-13位转化为B C D码，如果为负(负数以补码形式存放)，取反加1后，再将0-}-13位转化为相应的B C D码。

P L C对温度数据的处理程序如下(流程图见图1):另外常用的接热电偶的温度模块有下S001 / 002温度范围通过模块内的旋转开关(O-}-F)来设定，该模块可选两种温度单位℃和“F}通过模块内的D IP开关S W1来设定温度单位和所测温度的精度(单精度精确到011℃或0110F,}X精度精确到0101℃或01010F)o采集到的温度仍为二进制数，但B C D转换后的是带有小数位的}一进制数，需…10或…100才为真正的温度值。

如读入温度#2134(一进制)，即}一进制的8500，如D IP开关S W1的1位设为O F F,2位设为O F F，则为8500C; 2位变为O N，则为850C o双精度数据占用两个输入通道，即两个字，在转换为B C D码时，需用双字转换指令(C P M2A有)B C D L。

当读入的温度输入数据为#7F F F B寸，说明输入开路或温度超出设置范围，#7F F E为模块正在初始化状态。

编程处理温度数据时尤其应该注意。

卜面是一段对O M R O NP L C对温度模块下S001 /002采集的数据的处理程序:4结语P L C对温度数据采集有单精度及双精度(分时采集)两种格式，误差在0.1 }-0.01℃范围内，控制准确可靠。

通过P L C内部程序处理还可输出模拟量来控制其他设备，P L C与温度模块及传感器对温度数据的采集和处理可以达到工控现场温度控制的理想要求。

工控现场对温度的检测与处理应用非常广泛，而温度传感器的主要对象为热电阻和热电偶，使用P L C对温度数据进行处理和变换，硬件连接方便，软件也易实现，通过输出模拟量还可进一步实现精确调温或其他控制。