多路模拟量输入选择器的应用

多路模拟量输入选择器的应用

刘婷婷

新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂 新疆 乌鲁木齐 830022

摘 要:当前自控领域随着温度压力等现场检测元件的日益普及,对于现场设备各种状况的监控和保护越来越多,很多监控量的投入很大程度的减轻了劳动强度,同时设备的安全运行性也大大加强了,对于一些老设备和一些现场需要进行优化监控的设备,本文提出了一种较为经济的方法。即利用一个模拟量输入端口和多个数字量输出端口实现对现场同类型模拟量的采集和监控。

关键词:模拟量输入模块；数字量输入模块；模拟量输入模块的扫描时间；电流输入量程；热电阻型号；热电偶型号

引言

随着可编程序控制器的广泛应用及大量的数字量模拟量信号的应用，生产设备要求自动化生产线必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器产品已经在产线升级改造，设备监控等领域获得了广泛的应用。随着自动化程度的提高，工人劳动强度在逐步降低，大量现场监控工作可以转移到操作室、中控室来进行。目前的生产设备随着检测元件成本的降低，检测元件被大量应用。一台大功率电动机需要十几个温度监控点，如电机定子温度、冷却温度、外壳温度、轴承温度等，需要安装十几个热电阻或者热电偶。一个油站包含油箱液位、油箱温度、油泵进出口压力、油泵进出口油温、油泵进出口流量等十几个4-20mA模拟量输入信号，而这些模拟量信号大多数不会用于过程控制,实时性要求低且对输入的扫描时间可以是几秒或者几分。以目前S7300为例，一个模拟量输入模块在万元以上,一个数字量输出模块仅几千元。将这两种信号组合在一起实现一个输入点采集多个模拟量输入信号,既能实现功能又能降低成本。

问题

对于一些实时性要求不高的同类型模拟量可采用一个模拟量输入端口实现多点采集。目前市场上已经有大量温度巡检仪等类似产品出现。但针对性强，不便于实现采集到现有控制系统，且每个系统的兼容性不好，设计不够灵活。在对模拟量处理中，虽然厂家推出了各种模拟采集模块,但造价高、通道数量少、扩展不易实现,在模拟量多的控制场合中应用受到限制。

解决方案

利用PLC可以直接实现通用的一个模拟量输入点实现多点现场数据采集，原理上可以通过数字量输出点控制每个模拟量的输入通道的通断，从而控制是哪一路通道进入PLC模拟量通道。关键问题在于选定模拟量通道，且选定之后对应的通道关系，以及通道切换时信号的稳定性，以及信号的保持处理。至于通过数字量输出点控制每个模拟量的输入通道的通断，简单的可以选用继电器，集成块，或自己组建简单电子电路，但实用器件较多，定型产品也比较多，已经广泛应用，本文不做深入讨论。本文仅对PLC问题即选定模拟量通道选定之后对应的通道关系，以通道切换时信号的稳定性，以及信号保持处理等进行研究和分析。首先对于多路选择进行分析。

图一 通道生成

图二 选中通道赋值

以图一为例，#C为选择通道数，本例为16路，#Times为每路选通时间，本例为1秒，程序运行开始时，#Timer1常闭点闭合，累加器ADD_I将#COUN_OUT加一，#COUN_OUT被（如图二）利用CMP==1比较块选中相应通道，同时将#In值赋予#OUT01－#OUT16并保持当#Timer1到达#Times 1秒之时#Timer1常闭点瞬间断开，同时将#Timer1时间清零。同时开始下一次闭合并累加并选中下一通道，当#COUN_OUT被累加至#C设置通道数16时#COUN_OUT被置一开始，重新从#OUT01通道巡检。如图三，该基本程序运用结果16秒循环一次，每次保持一秒，共计16个采集通道并可根据需要对#Times、#C进行调整达到通道数、采样时间、循环时间的调整。在通道选择时将相应通道输入到MW800，如图四，这时通过图五就可以选择相应的输出端口，控制输出点。这样该路模拟量就被采集并保存了。

图三 通道循环完成

图四 生成功能块

图五 控制选择相应继电器即信号处理

以上我们讨论了多路选定模拟量通道选定之后对应的通道关系。下面讨论通道切换时信号的稳定性，以及保持处理。根据图二的原则，当通道选通后，通道内数据立即被赋值给相应的中间变量，当通道选通结束时赋值结束并保持，但就在这一开一关的瞬即，会出现切换扰动，有时干扰量会很大，这样就会大大降低信号采集的稳定性，此时往往会触发保护以及报警的误动作，通过程序可以改善这一状况。在通道选通后，通过一定的延时等待通道接通稳定后才开始执行赋值命令，同时在通道关断前就提前关断赋值命令。从而保证数据采集的准确性和稳定性。

PLC多路模拟量输入选择器，数据与电脑能直接通信，而且监控设备分散在机房不同位置，数据采集器广泛应用到石油、电力、热力、气象、水利、交通、城建、环保等行业测控系统之中的转速，流量，压力信号的采集等信号测量、监视和控制 ，应用方便通用性强。

应用实例

现以竖窑大型电动机温度监测为例，某生产线使用一台900KW电动机需要实时监测U、V、W 定子温度各两个计划6个点，前后轴承温度计划2个点，另外空冷器水温、空冷器循环空气温度计划2个点共计10个点的温度情况。在本文（图一）中#C选择等于10这样#COUN-OUT就从0到9循环，当#COUN-OUT＝4时选择MD9020输出采集并保存相应模拟量#In数据如（图二），同时#COUN-OUT＝4赋值到MW800再到输出QB63的Q63.4闭合选择继电器（如图五），将现场采集信号输入#In（如图三），再通过图五的CMP>=R块比较某一报警点设置值这里是80℃输出报警M7203.0到WICC画面或控制电机跳闸。其中（图四）为循环一周所有测温点后重新开始检测。该应用只用了一个模拟量输入点就实现了10个温度量的测量，降低了成本而且控制功能也得到实现。

结语

随着工业自动化的发展，对工业控制的管理提出了更高的要求。1.工业控制设备越来越精密，对于外部环境越来越敏感，要求外部环境参数，如温度、湿度必须控制在一个更小的范围中，从而要求温度传感器的数据必须要实时的将相关数字量参数传送到控制中心，以方便控制中心及时进行相关调整。2.由于工业控制中所使用的设备越来越多，出现故障的概率随之增大，而一旦有设备出现故障，从而可能导致整个生产流程中断。要求将设备的实时运行情况传输到监控中心以方便及时发现异常情况。3.工业控制中的流程越来越复杂，在生产过程中要对某些环节进行调整，这样就要求对相关的设备的数字量参数进行采集，并且将相关的数字量参数从监控中心传送到相关设备。

作者：刘婷婷，女，助理工程师，主要从事电气自动化工作