【文章內(nèi)容簡介】 離散的，但取值上卻可以表示模擬量變化的一連串的數(shù)字量，那么PLC就可以通過對這些數(shù)字量的處理來進(jìn)行模擬量控制。同樣PLC處理的數(shù)字量不能直接送到執(zhí)行器，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成模擬量后才能控制執(zhí)行器。這種把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電路叫做“模/數(shù)轉(zhuǎn)換器”簡稱A/D轉(zhuǎn)換器；把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路叫做“數(shù)/模轉(zhuǎn)換器”簡稱D/A轉(zhuǎn)換器。，其實PLC充當(dāng)?shù)墓δ芟喈?dāng)于閉環(huán)控制框圖中的比較器和控制器的組合。干擾PLCD/A執(zhí)行器被控對象A/D傳感器設(shè)定值X被控制值Y PLC模擬量控制系統(tǒng)組成框圖 PLC模擬量控制系統(tǒng)特點我們知道一個在時間和取值上連續(xù)的模擬量可以用一個在時間和取值上都是離散的數(shù)字量來代替，這個數(shù)字量僅僅是在某些時間點上等于模擬量的值。前面也說了，在PLC模擬量控制系統(tǒng)中是通過A/D轉(zhuǎn)換器來完成轉(zhuǎn)換功能的。這個過程由兩部分組成：一是在指定時間點上向模擬量取值，這個過程叫采樣；二是取出模擬量后，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量，這個過程叫量化。采樣和量化是所有數(shù)字控制設(shè)備處理模擬量所需的過程。采樣和量化使PLC處理模擬量具有以下特點。（1） 經(jīng)過量化后的數(shù)字量與采樣的模擬量的原值一定存在誤差，而且這個誤差可以通過A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行控制。也就是說，A/D轉(zhuǎn)換模塊的的位數(shù)決定了轉(zhuǎn)換的精度，位數(shù)越多，分辨率越高，精度也越高，與模擬量原值的誤差就越小?？梢哉f，PLC的量化誤差可以控制是PLC模擬量控制的一個優(yōu)點。它可以通過增加A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)來控制精度。而模擬電路的誤差卻難以控制。（2） 采樣是一個時間上不連續(xù)的控制動作。它受到PLC工作原理的束縛，僅當(dāng)PLC對I/O點進(jìn)行刷新時才把采樣值數(shù)字量讀入PLC，把上次采樣值運算處理結(jié)果通過D/A模塊作為控制信號傳送給系統(tǒng)。PLC模擬量控制的這個特點所帶來的問題是如何才能保證所采樣的不連續(xù)的取值能夠較少失真地恢復(fù)原來模擬量信號。只有失真較少才能保證控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。（3）PLC模擬量控制中，無論是采樣、量化、信息處理，還是控制輸出，都需要一定的時間。一個采樣后的量不能像模擬電路那樣馬上通過電路作用將輸出送到系統(tǒng)，而是要延遲一定時間才能將輸出送至系統(tǒng)。這種延時作用的特點是PLC模擬量控制的不足之處。在響應(yīng)速度要求非常好的系統(tǒng)中，PLC控制不能夠擔(dān)當(dāng)重任。PLC的響應(yīng)速度與程序掃描時間關(guān)系很大。因此，確定控制算法、設(shè)計控制程序和選擇合適的控制參數(shù)就顯得非常重要。（4）PLC的一個優(yōu)點就是采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，控制的可靠性也得到極大提高，這對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是極其重要的。綜上所述，PLC模擬量控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性基本上是可以保證的，能夠滿足大部分模擬量控制系統(tǒng)的要求。但它的控制響應(yīng)滯后性也是明顯的，可以說，PLC控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性是用其響應(yīng)滯后得到的。 PLC模擬量輸入/輸出方式（1）PLC控制模擬量輸入方式目前大部分PLC是采用模擬量輸入進(jìn)行模擬量輸入。用模擬量輸入模塊進(jìn)行模擬量輸入一般都要先把模擬量通過相應(yīng)的傳感器和變送器變換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓（0~10V，10~10V等）和電流（0~20mA,4~20mA）才能接入模塊通道。模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊不僅能完成對模擬量的轉(zhuǎn)換，還可以做多種數(shù)字量的處理，如濾波、求平均值、標(biāo)定的變換等。PLC也可以用采集脈沖方式輸入模擬量信號，但必須先通過壓頻變送器把電壓轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的脈沖序列送入PLC。這時，輸入脈沖序列的頻率表示所輸入模擬量信號的大小。（2）PLC控制模擬量輸出方式在PLC控制模擬量輸出方面，用得最多的仍然是通過模擬量輸出模塊輸出，一般D/A模塊都具有兩路以上通道，可以通過輸出兩個以上模擬量控制兩個以 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文） 4傳感器的選型上的執(zhí)行器。而且，模擬量輸出的模擬量信號能連續(xù)地、無波動地變化，其精度也可以通過轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)的多少來控制。同理，模擬量輸出還可以采用占空比可調(diào)的脈沖序列信號輸出。 A/D 與D/A轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換包含三部分：采樣、量化、和編碼。在PLC中，量化和編碼都是同時完成的。采樣是將模擬信號在時間上離散化的過程，量化是將模擬量信號在幅值上離散化的過程，編碼是指將每個量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼表示。A/D轉(zhuǎn)換的原理可分為逐次逼近式、雙積分式、并行式等多種。下面以逐次逼近式轉(zhuǎn)換為例，說明A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理與性能指標(biāo)。逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器與計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換類似，只是數(shù)字量由“逐次逼近寄存器SAR”產(chǎn)生。SAR使用“對分搜索法”產(chǎn)生數(shù)字量，以8位數(shù)字量為例，SAR首先產(chǎn)生8位數(shù)字量的一半，即10000000B,試探模擬量Vi的大小，若VoVi，清除最高位，若VoVi,保留最高位。在最高位確定后，SAR又以對分搜索法確定次高位，即以低7位的一半y1000000B(y為已確定位) 試探模擬量Vi的大小。在bit6確定后，SAR以對分搜索法確定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y為已確定位) 試探模擬量的大小。重復(fù)這一過程，直到最低位bit0被確定，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換示意圖 D/A轉(zhuǎn)換模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量在PLC中經(jīng)過運算處理后輸出，要驅(qū)動執(zhí)行器則需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換的基本原理是用電阻網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字量按每位數(shù)碼的權(quán)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號，然后用運算放大器求和電路將這些模擬量相加就完成了D/A轉(zhuǎn)換。這里以T型網(wǎng)絡(luò)為例，簡要說明數(shù)模轉(zhuǎn)換的工作原理。 T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 。電路由R2R電阻解碼電路、模擬電子開關(guān)D0~D3和求和運算放大器組成。4位數(shù)字開關(guān)由數(shù)字控制器的數(shù)字量控制。 利用疊加原理可以很快求出電流Ir的值。即當(dāng)D0=1，D1=D2=D3=0時，可以求得 Ir1=Vref3R12121212=Vref3RD024當(dāng)D3=1,D0=D1=D2時，同理可以求得其電流分量Ir4為Ir4=Vref3RD32當(dāng)D1=1,D0=D2=D3=0時，Ir2=Vref3RD123當(dāng)D2=1，D0=D1=D3=0時，Ir3=Vref3RD222將以上結(jié)果進(jìn)行疊加，有Ir=Vref3R(D024+D123+D222+D32)若取Rf=3R,運算放大器的輸出電壓V0=Vref(D024+D123+D222+D32)式中，D0~D3為4位數(shù)字開關(guān)，其取值只能是1或者0。 西門子PLC中模擬量的處理模式 在西門子PLC中，模擬量首先通過傳感器轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號，由于S7300 PLC的模擬量輸入模塊只能處理標(biāo)準(zhǔn)的例如0~40mA的電流、0~10V的電壓和電阻值。因此還需要通過變送器將傳感器信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的PLC模擬量模塊能夠處理的電流或者電壓信號。經(jīng)過MR濾波器濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換器，將所得的數(shù)字量結(jié)果送入PLC的外設(shè)PI存儲區(qū)中，供PLC運算處理。進(jìn)過PLC處理后的結(jié)果再輸出到外設(shè)PQ存儲區(qū)中，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后送到執(zhí)行器控制外部設(shè)備運行。 Siemens PLC模擬量處理流程 模擬值的精度 CPU以二進(jìn)制格式來處理模擬值。數(shù)字化模擬值適用于相同標(biāo)稱范圍的輸入和輸出值。模擬值均為二進(jìn)制補碼形式的實數(shù)，符號始終設(shè)在Bit15。表中以符號位對齊，未用的地位則用“0”來填補，表中用“*”來表示未用的位。 模擬值可能精度 不同測量范圍下模擬量表達(dá)方式 ，在額定范圍內(nèi)，傳感器送到PLC中的模擬信號在PLC中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值如果是單極性的話則在0~27648范圍內(nèi)，如果是雙極性的話則在27648~27648。另外我們可以看出對于Pt100鉑熱電阻其轉(zhuǎn)換后的值即為工程量的10倍。對于其它的模擬量則可以通過這個線性比例和工程量值進(jìn)行換算。 溫度傳感器 通過前面油站的分析可知，我們所測量的幾個溫度的范圍為不超過100℃，其它的性能方面對傳感器沒有特殊的要求，因此這里我們選擇的是最常用的Pt100鉑熱電阻，100表示在溫度為0℃時，其歐姆值為100。RTD具有較高的精度，其溫度工作范圍為可從200℃~+850℃，它們還有較好的穩(wěn)定性，利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理設(shè)備就可以傳輸、顯示和并記錄其溫度輸出。這些特性符合我們的設(shè)計要求。熱敏電阻的阻值和溫度成正比的關(guān)系，設(shè)計人員只需將已知電流流過該電阻，就可以得到對應(yīng)的電壓值，從而可以利用歐姆定律得出此時的電阻值R，再根據(jù)Pt100的溫度—阻值分度表就可以得出所測溫度。Pt100的部分溫度分度表如下所示：溫度 ℃0123456789電阻值（Ω）4030201000102030405060708090100110120130140 表 Pt100 分度表這里為什么不選擇熱電偶作溫度傳感器，是因為熱電偶用于500℃以上較高溫度的情況，當(dāng)溫度低于500℃時，熱電偶測溫就不很準(zhǔn)確。這是因為低溫時熱電偶輸出熱電勢很小，極易受到干擾，而且在低溫時，參比端溫度不易得到完全補償，相對誤差就很突出。 壓力傳感器由于測量的是潤滑油的壓力，該介質(zhì)是易燃物質(zhì)，而且供油管道比較狹窄，要求傳感器體積小。通過調(diào)查知光導(dǎo)纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比其絕緣好，耐腐蝕，無電火花，可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中檢測壓力、液位流量等信號；而且靈敏度高，體積小，可