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西门子PLC模拟量输人输出扩展模块的工作原理

模拟量输人输出扩展模块

在工业控制中,某些输人量(如压力、温度、流量、转速等)是模拟量,某些执行机构(如晶管调速装置、电动调节阀和变频器等)要求可编程序控制器输出模拟信号,而可编程序控制器的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压,如4、20mA、1-5V,0-10V,可编程序控制器用A/D转换器将它们转换成数字量。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转换后用二进制补码表示。

D/A转换器将可编程序控制器的数字输出量转换为模拟电压或电流,再去控制执行机构。模拟量I/0模块的主要任务就是实现A/D转换(模拟量输人)和D/A转换(模拟量输出)。

例如,在温度闭环控制系统中,炉温用热电偶或热电阻检洲，温度变送器将温度转换为标准电流或标准电压后送给模拟量输人模块.经AD转换后得到与温度成比例的数字量,CPU将它与温度设定值比较,并按某种控制规律对差佰进行运算,将运算结果(数字母)送给模拟量输出模块,经D/A转换后变为电流信号或电压信号,用来控制电动调节阀的开度，通过它控制加热用的天然气的流量,实现对温度的闭环控制。

AD.D/A转换器的二进制位数反映了它们的分辩率,位数越多,分辨率越高,例如8位A/D转换器的分辨率为1/28038%，模拟量输人/输出模块的另一个重要指标是转换时间。

S7-200有3种模拟量扩展模块(见表2-8)。S7-200的模拟量扩展模块中A/D.D/A转换器的位数均为12位。模拟量输人、输出有多种量程供用户选用,如0～10V,0～5V,0~20mA,0~100mV，±10V，±15V，±100mV等。量程为0-10V时的分辨率为2.5mV。

表2-8 模拟量扩展模块技术数据

A/D转换的时间小于250ps，模拟量输人的阶跃响应时间为1.5ms(达到稳态值的95%时)。单性全量程输人范围对应的数字输出为0~32000,双性全过程轴人范围对应的数字量输出为-32000- 32000。输人阳抗大于等于10MΩ。

模拟量输出的量程有±10V和0～20mA两种，对应的数字量为-32000～ 32000或0~3200。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位,25℃时的精度为±0.5%中压输出和电流输出的稳宁计间分别为100us和2ms。大驱动能力如下:电厂输出时负载电阳小5kΩ,电流输出时负载电阻大500Ω。

工业控制中使用PLC取代继电器控制 PLC的分类

一、控制继电器存在的缺点

今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

二、可编程序控制器的优势、特点及功能

可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而广泛地应用于众多行业。

１、顺序控制

顺序控制是PLC基本、应用广泛的领域。所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁伐的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等。例如我分厂的原料混料系统就是利用了PLC的顺序控制功能。

２、闭环过程控制

以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的PID模拟调节器来实现开、闭环控制。而现在完全可以采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等。

３、运动位置控制

PLC可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动位置控制，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中。

４、生产过程的监控和管理

PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界面（HMI）是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。

５、网络特性

PLC可以实现多台PLC之间或多台PLC与一台计算机之间的通讯联网要求，从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络。

(1)  通过通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控。

(2)  通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对控制系统进行远距离监控。

  结束语

可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的将可编程控制器成功地应用到机械、冶金、石油、化工、纺织、交通、电力、军事等各个领域，并取得了可观的技术济济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平，它已与数控技术    、／CAM技术、工业机器人技术并列为工业自动化技术的四大支柱。