工業(yè)上普遍需要測(cè)量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號(hào)才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備稱為變送器。如研華的ADAM-4017,深圳誠(chéng)控的DAM-8021都是；工業(yè)上最廣泛采用的是用4-20ma電流來(lái)傳輸模擬量。

采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無(wú)窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4-20ma電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。當(dāng)然電流輸出可以與電源公用一根線，可節(jié)省一根線，稱之為三線制變送器。

其實(shí)4-20ma電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4-20ma之間根據(jù)傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電，這使得兩線制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能。而在工業(yè)應(yīng)用中，測(cè)量點(diǎn)一般在現(xiàn)場(chǎng)，而顯示設(shè)備或者控制設(shè)備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數(shù)十至數(shù)百米。按一百米距離計(jì)算，省去2根導(dǎo)線意味著成本降低近百元，因此在應(yīng)用中兩線制傳感器必然是首選。

兩線制變送器的原理是利用了4-20ma信號(hào)為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4mA，那么將不可能輸出下限4mA值。因此一般要求兩線制變送器自身耗電不大于3.5mA，這是兩線制變送器的設(shè)計(jì)根本原則之一。而V/I變換器是一種可以用電壓信號(hào)控制輸出電流的電路。兩線制V/I變換器與一般V/I變換電路不同點(diǎn)在：電壓信號(hào)不是直接控制輸出電流，而是控制整個(gè)電路自身耗電電流。同時(shí)還要從電流環(huán)路上提取穩(wěn)定的電壓為調(diào)理電路和傳感器供電。另外要注意的是工業(yè)環(huán)境惡劣對(duì)可靠性要求高，因此兩線制變送器的設(shè)計(jì)上，需要考慮到一定的保護(hù)和增強(qiáng)穩(wěn)定性措施。穩(wěn)定性和安全性的考慮需要從這幾個(gè)方面著手，電源保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、寬電壓適應(yīng)能力以及退藕電容。

分析PLC模擬量輸入模塊在工控行業(yè)的應(yīng)用

隨著工控行業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)的控制能力日益增強(qiáng)，作為信號(hào)采集與處理的模擬量信號(hào)，作用也越來(lái)越重要。模擬量控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，模擬量模塊已成為自動(dòng)化行業(yè)和機(jī)器設(shè)備中的重要部件。模擬量作為我們平時(shí)信號(hào)采集當(dāng)中的一個(gè)重要來(lái)源，它區(qū)別與我們普通的IO控制，我們傳統(tǒng)的IO控制，比如三菱的X0、X1，這些是開關(guān)量的輸入端子，這些信號(hào)要么就是0，信號(hào)要么就是1，那么對(duì)于模擬量信號(hào)，就不單純的是0或1了，它是一個(gè)連續(xù)變化的數(shù)值。研華的ADAM-4117,深圳誠(chéng)控的DAM-8021都是模擬量采集模塊

比如說(shuō)我們的溫度信號(hào)、流量信號(hào)、位移信號(hào)等，它不是單純的開或是關(guān)，是個(gè)連續(xù)變化的量，那么這個(gè)時(shí)候，僅僅是通過(guò)0或者1是沒有辦法表達(dá)外部所采集的溫度信號(hào)，比如溫度的取值范圍在零下十度或者零上三十度，那么這個(gè)溫度信號(hào)就不可能通過(guò)0或是1的狀態(tài)來(lái)表示了，那么這樣的數(shù)字信號(hào)就要通過(guò)相應(yīng)的模擬量信號(hào)來(lái)表達(dá)，這樣的信號(hào)采集也不是通過(guò)X0、X1等能夠采集到的。

那么就要相應(yīng)的通過(guò)一些模擬量的模塊來(lái)采集，要采集模擬量信號(hào)，就要用模擬量輸入模塊，要控制外部的設(shè)備，控制其他設(shè)備做一些動(dòng)作，比如控制變頻器的頻率，那么這個(gè)時(shí)候就要用到模擬量輸出模塊，通過(guò)plc數(shù)字量轉(zhuǎn)模擬量這種模擬量輸出模塊，去輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號(hào)，如0—10V，4—20MA等，那么像這樣的控制要求，必須要有模擬量輸入、輸出模塊。模擬量其實(shí)是自動(dòng)化應(yīng)用中最常見的信號(hào)傳遞方式，是PLC主要輸入輸出模塊之一。使用模擬量輸入時(shí)，輸入電壓電流在規(guī)定范圍內(nèi)，不能超過(guò)最大額定輸入。

而對(duì)plc模擬量輸入模塊進(jìn)行校準(zhǔn)則是采用硬件校準(zhǔn)法或者軟件校準(zhǔn)法校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備高精度的測(cè)量?jī)x表和穩(wěn)定的輸入信號(hào)源，平均值濾波的采樣次數(shù)應(yīng)取較人的值。像硬件校準(zhǔn)法的話就以EM235模擬量輸入模塊為例，它有一個(gè)調(diào)整增益的電位器和一個(gè)調(diào)整偏移量的電位器。當(dāng)輸入信號(hào)為4-20mA時(shí)，將4mA電流加到一個(gè)通道的輸入端，用軟件讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字，調(diào)節(jié)偏移量電位器，直到讀數(shù)為6400，然后將滿刻度值信號(hào)，就像20mA加到一個(gè)通道的輸入端，讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字，調(diào)節(jié)增益電位器，直到讀數(shù)為32000。而軟件校準(zhǔn)法，由于輸入信號(hào)總與轉(zhuǎn)換后的數(shù)值成線性比例關(guān)系，因此只需找到兩組已知的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)即可，利用比例關(guān)系可求出任意轉(zhuǎn)換后的數(shù)值對(duì)應(yīng)的實(shí)際值，簡(jiǎn)單方便。

審核編輯 黃昊宇