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PLC编程中如何使用开关、模拟、脉冲量
作者:张兆华 日期:2019年10月08日 来源:技术部 浏览:

内容导读:在工业自动化控制中,经常会遇到开关量,数字量,模拟量,离散量,脉冲量等各种概念,而人们在实际应用中,对于这些概念又很容易混淆。作为电气工程及其自动化设计员来说,弄清楚这些变量的关系,就能够很熟练的掌握PLC 了!

在工业自动化控制中,经常会遇到开关量,数字量,模拟量,离散量,脉冲量等各种概念,而人们在实际应用中,对于这些概念又很容易混淆。作为电气工程及其自动化设计员来说,弄清楚这些变量的关系,就能够很熟练的掌握PLC 了!
     1.开关量:一般指的是触点的“开”与“关”的状态,一般在计算机设备中也会用“0”或“1”来表示开关量的状态。开关量分为有源开关量信号和无源开关量信号,有源开关量信号指的是“开”与“关”的状态是带电源的信号,专业叫法为跃阶信号,可以理解为脉冲量,一般的都有220VAC, 110VAC,24VDC,12VDC等信号,无源开关量信号指的是“开”和“关”的状态时不带电源的信号,一般又称之为干接点。电阻测试法为电阻0或无穷大。
开关量也称逻辑量,指仅有两个取值,0或1、ON或OFF。它是最常用的控制,对它进行控制是PLC的优势,也是PLC最基本的应用。
开关量控制的目的是,根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序,使PLC产生相应的开关量输出,以使系统能按一定的顺序工作。所以,有时也称其为顺序控制。
而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。
    2.数字量:很多人会将数字量与开关量混淆,也将其与模拟量混淆。数字量在时间和数量上都是离散的物理量,其表示的信号则为数字信号。数字量是由0和1组成的信号,经过编码形成有规律的信号,量化后的模拟量就是数字量。
    3.模拟量:模拟量的概念与数字量相对应,但是经过量化之后又可以转化为数字量。模拟量是在时间和数量上都是连续的物理量,其表示的信号则为模拟信号。模拟量在连续的变化过程中任何一个取值都是一个具体有意义的物理量,如温度,电压,电流等。
 模拟量是指一些连续变化的物理量,如电压、电流、压力、速度、流量等。
      PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的,可方便及可靠地用于开关量控制。由于模拟量可转换成数字量,数字量只是多位的开关量,故经转换后的模拟量,PLC也完全可以可靠的进行处理控制。
由于连续的生产过程常有模拟量,所以模拟量控制有时也称过程控制。
模拟量多是非电量,而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器,把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的,还要经过变送器,把非标准的电量变成标准的电信号,如4-20mA、1-5V、0-10V等等。
同时还要有模拟量输入单元(A/D),把这些标准的电信号变换成数字信号;模拟量输出单元(D/A),以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。
所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。例如:
PLC模拟单元的分辨率是1/32767,对应的标准电量是0-10V,所要检测的是温度值0-100℃。那么0-32767对应0-100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值精确到0.1℃,把327.67/10即可。
模拟量控制包括:反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。
模拟量计算:
    1、-10-10V。-10V—10V的电压时,在6000分辨率时被转换为F448-0BB8Hex(-3000-3000);12000分辨率时被转换为E890-1770Hex(-6000-6000)。
    2、 0-10V。0-10V的电压时,在12000分辨率时被转换为0-1770Hex(0-6000);12000分辨率时被转换为0-2EE0Hex(0-12000)。
    3、 0-20mA。0-20mA的电流时,在6000分辨率时被转换为0-1770Hex(0-6000);12000分辨率时被转换为0-2EE0Hex(0-12000)。
4、 4-20mA。4-20mA的电流时,在6000分辨率时被转换为0-1770Hex(0-6000);12000分辨率时被转换为0-2EE0Hex(0-12000)。
以上仅做简单的介绍,不同的PLC有不同的分辨率,并且您所测量物理量实现的量程不一样。计算结果可能有一定的差异。
注:模拟输入的配线的要求:
1、使用屏蔽双绞线,但不连接屏蔽层。
2、当一个输入不使用的时候,将V IN 和COM端子短接。
3、模拟信号线与电源线隔离 (AC 电源线,高压线等)。
4、当电源线上有干扰时,在输入部分和电源单元之间安装一个虑波器。
5、确认正确的接线后,首先给CPU单元上电,然后再给负载上电。
6、断电时先切断负载的电源,然后再切断CPU的电源。
 4.离散量:离散量是将模拟量离散化之后得到的物理量。即任何仪器设备对于模拟量都不可能有个完全精确的表示,因为他们都有一个采样周期,在该采样周期内,其物理量的数值都是不变的,而实际上的模拟量则是变化的。这样就将模拟量离散化,成为了离散量。
 5.脉冲量:脉冲量就是瞬间电压或电流由某一值跃变到另一值的信号量。在量化后,其变化持续有规律就是数字量,如果其由0变成某一固定值并保持不变,其就是开关量。
脉冲量是其取值总是不断的在0(低电平)和1(高电平)之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。
PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如:脉冲数在角度控制中的应用。步进电机驱动器的细分是每圈10000,要求步进电机旋转90度。那么所要动作的脉冲数值=10000/(360/90)=2500。
脉冲量的控制多用于步进电机、伺服电机的角度控制、距离控制、位置控制等。以下是以步进电机为例来说明各控制方式。
1)、 步进电机的角度控制。首先要明确步进电机的细分数,然后确定步进电机转一圈所需要的总脉冲数。计算“角度百分比=设定角度/360°(即一圈)”“角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*角度百分比。”
公式为:角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*(设定角度/360°)。
2)、 步进电机的距离控制。首先明确步进电机转一圈所需要的总脉冲数。然后确定步进电机滚轮直径,计算滚轮周长。计算每一脉冲运行距离。最后计算设定距离所要运行的脉冲数。
公式为:设定距离脉冲数=设定距离/[(滚轮直径*3.14)/一圈总脉冲数]
3)、 步进电机的位置控制就是角度控制与距离控制的综合。
以上只是简单的分析步进电机的控制方式,可能与实际有出入,仅供各位同仁参考。
4)、伺服电机的动作与步进电机的一样,但要考虑伺服电机的内部电子齿轮比与伺服电机的减速比。
  总结:模拟量就是在某个过程中时间和数量连续变化的物理量,由于在实际的应用中,所有的仪器设备对于外界数据的采集都有一个采样周期,其采集的数据只有在下一个采样周期开始时才有变动,采样周期内其数值并不随模拟量的变化而变动。
   这样就将模拟量离散化了,例如:某设备的采样周期为1秒,其在第五秒的时间采集的温度为35度,而第六秒的温度为36度,该设备就只能标称第五秒时间温度35度,第六秒时间温度36度,而第五点五秒的时间其标称也只是35度,但是其实际的模拟量是35.5度。这样就将模拟信号离散化。其采集的数据就是离散化了,不再是连续的模拟量信号。
    由于计算机只识别0和1两个信号,即开关量信号,用其来表示数值都是使用数字串来表示,由于计算能力的问题,其数字串不能无限长,即其表达的精度也是有限的,同样的以温度为例,由于数字串限制,其表达温度的精度只能达到0.1度,小于该单位的数值则不能被标称,这样就必须将离散量进行量化,将其变为数字量。即35.68度的温度则表示为35.6度。

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