西门子CPU代理商电池

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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)。单极性全量程输人范围对应的数字输出为0~32000,双极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。

哪些措施可以提高PLC系统的搞干扰性能

1、采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。

此外，位电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

2、电缆选择的敖设

为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。

不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。

3、 硬件滤波及软件抗如果措施

由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。

对干较低信噪比的模拟量信号．常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差，为此可采用数字滤波方法。

  现场模拟量信号经A／D转换后变成离散的数字信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号， 可对输入信号用m次采样值的平均值来代替当前值，但井不是通常的每采样。次求一次平均值，而是每采样一次就与近的m－l次历史采样值相加，此方法反应速度快，具有很好的实时性，输入信号经过处理后用干信号显示或回路调节，有效地抑制了噪声干扰。

由干工业环境恶劣，干扰信号较多， I／ O信号传送距离较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的可靠性，使PLC在信号出错倩况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。

4、正确选择接地点，完善接地系统

接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22 mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω，接地埋在距建筑物10 ~ 15m远处(或与控制器间不大于50m)，而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10m以上。

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。