★趙建偉（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系）

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PLC工業(yè)控制中的信號(hào)分析

★趙建偉
（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系）

【摘要】本文分析了PLC控制中的信號(hào)種類及其特點(diǎn)，并給出了各類信號(hào)的應(yīng)用場(chǎng)合，指明了各類信號(hào)的應(yīng)用范圍。

【關(guān)鍵詞】PLC；信號(hào)；控制

一、模擬量信號(hào)

許多來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)都是模擬信號(hào)，如液壓、壓力、溫度、位置、PH值、電壓、電流等，通常都將現(xiàn)場(chǎng)待檢測(cè)的物理量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)；許多執(zhí)行裝置所需要的控制信號(hào)也是模擬量，如調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)機(jī)、電力電子的功率器件等的控制信號(hào)。

模擬信號(hào)是指隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，這些信號(hào)在規(guī)定的一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值，即從一個(gè)量變到下一個(gè)量時(shí)中間沒(méi)有間斷。

模擬信號(hào)有兩種類型：一種是由各種傳感器獲得的低電平信號(hào)；另一種是由儀器、變送器輸出4-20mA的電流信號(hào)或1-5V的電壓信號(hào)。這些模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)菜樣和A/D裝換輸入后，常常要進(jìn)行數(shù)據(jù)正確判斷、標(biāo)度變換、線性化等處理。

模擬信號(hào)非常利于傳送。但他對(duì)于干擾信號(hào)很敏感，容易使傳送送中的信號(hào)的幅值或相位發(fā)生畸變。因此，有事還要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行零漂修正、數(shù)字濾波等處理。

模擬信號(hào)的常用規(guī)格如述。

（一）1-5V電壓信號(hào)

次信號(hào)規(guī)格有時(shí)稱為DDZ-III型儀表電壓信號(hào)規(guī)格。1-5V電壓信號(hào)規(guī)格通常用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的過(guò)程通道。工程的量程的變化范圍與4V的電壓變化范圍相對(duì)應(yīng)。過(guò)程通道也可輸出1-5V電壓信號(hào)，用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（二）4-20mA電流信號(hào)

4-20mA電流信號(hào)通常用于過(guò)程通道和變送器之間的傳輸信號(hào)。工程量或變送器的量程下限值對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)為4mA，量程上線對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)為20mA，整個(gè)工程量的變化范圍與16mA的電流變化范圍相對(duì)應(yīng)。過(guò)程通道也可以輸出4-20mA電流信號(hào)，用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有的傳感器的輸出信號(hào)是毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，如K分度熱電偶在1000℃是輸出信號(hào)為41.296mV。這寫(xiě)信號(hào)要經(jīng)過(guò)變送器裝換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)再送給過(guò)程通道。熱電阻傳感器的輸出信號(hào)時(shí)電阻值，一般要經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再送到過(guò)程通道。對(duì)于采用4-20mA電流信號(hào)的系統(tǒng)，只需采用250電阻就看可以將其變換為1-5V直流電壓信號(hào)。

有必要說(shuō)的是，以上兩種標(biāo)準(zhǔn)不包括零值再內(nèi)，這是為了避免和斷電或斷線的情況混烯，使信息的傳送更為確切。這樣也同時(shí)吧晶體管器件的起始非線性段避開(kāi)了，使信號(hào)值與被測(cè)參數(shù)的大小更接近線性關(guān)系，所以受到國(guó)際的推薦和普遍采用。

當(dāng)控制系統(tǒng)輸出模擬信號(hào)需要傳送的距離時(shí)，一般采用電流信號(hào)而不是電壓信號(hào)，因?yàn)殡娏餍盘?hào)在一個(gè)回路中不會(huì)衰減，因而抗干擾能力比電壓信號(hào)強(qiáng)；當(dāng)控制系統(tǒng)輸出模擬信號(hào)需要傳送給多個(gè)儀器儀表或控制對(duì)象時(shí)，一般采用直流電壓信號(hào)而不是直流電流信號(hào)。

二、開(kāi)關(guān)量信號(hào)

有許多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備往往只應(yīng)對(duì)兩種狀態(tài)，例如。按鈕、行程開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)、電機(jī)的啟動(dòng)和停止、指示燈的亮和滅、儀器儀表的BCD碼、繼電器或接觸器的釋放和吸合、晶閘管的通和斷、閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉等，可以用開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)區(qū)控制或?qū)﹂_(kāi)關(guān)輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

開(kāi)關(guān)信號(hào)是指在有限的離散瞬時(shí)上取值間斷的信號(hào)。在二進(jìn)制系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)時(shí)由有限字長(zhǎng)的數(shù)字組成，其中每位數(shù)值不是0就是1。數(shù)值信號(hào)的特點(diǎn)是，他只帶表某個(gè)瞬間的量值，是不連續(xù)的信號(hào)。開(kāi)關(guān)信號(hào)的處理主要是檢測(cè)開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)變化。

開(kāi)關(guān)量信號(hào)反映了生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備運(yùn)行的現(xiàn)行狀態(tài)、邏輯關(guān)系和動(dòng)作順序。列如，行程開(kāi)關(guān)可以指示出某個(gè)部件是否達(dá)到指定的位置，如果已經(jīng)到位，則行程開(kāi)關(guān)接通，并向工控系統(tǒng)輸入1個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)；又如工控系統(tǒng)欲輸出報(bào)警信號(hào)，則可以輸出1個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，通過(guò)繼電器或接觸器報(bào)警接觸設(shè)備，發(fā)出聲光報(bào)警。如果開(kāi)關(guān)量信息的幅值為T(mén)TL/cmos電平，有時(shí)又將一組開(kāi)關(guān)量信號(hào)稱之為數(shù)字量信號(hào)。

開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)有觸電輸入和電平輸入兩種方式。觸電又有動(dòng)合和動(dòng)斷之分，其邏輯關(guān)系正好相反，猶如數(shù)字電路中的正邏輯和負(fù)邏輯。工控機(jī)系統(tǒng)實(shí)際上是按電平進(jìn)行邏輯運(yùn)算和處理的，因此工控機(jī)系統(tǒng)必須為輸入系統(tǒng)提供電源，將觸電輸入轉(zhuǎn)換為電平輸入。開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)也有觸電輸出和電平輸出兩種方式。輸出觸電也有動(dòng)合動(dòng)斷之分。

數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)后，常常要進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換的處理，如BCD碼轉(zhuǎn)換為ASCII碼，以便顯示數(shù)字信號(hào)。

對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，可以分為兩種形式:一種是電壓輸出，一種是繼電器輸出。電壓輸出一般是通過(guò)晶體管的通斷來(lái)直接對(duì)外部提供電壓信號(hào)的。電壓輸出方式的速度比較快且外部接線簡(jiǎn)單，但帶負(fù)載能力比較弱；繼電器輸出方式則相反。對(duì)于電壓輸出，又可分為直流電壓和交流電壓，相應(yīng)的電壓幅值可以有5V/12V/24V和4V8等

三、脈沖量信號(hào)

脈沖量信號(hào)和電平形式的開(kāi)關(guān)量累似，當(dāng)開(kāi)關(guān)量按一定頻率變化時(shí)，則該開(kāi)關(guān)量可以視為脈沖量，也就是說(shuō)脈沖量有周期性。

測(cè)量頻率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的傳感器都是以脈沖頻率的方式被測(cè)量值的，有一些測(cè)量流量的傳感器或變送器，也是以脈沖頻率為輸出信號(hào)。在運(yùn)動(dòng)控制中，編碼器送出的信號(hào)也是脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖的數(shù)量，可以獲得電動(dòng)機(jī)角位移和轉(zhuǎn)速的信息。另外，也可以通過(guò)輸出脈沖來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或角速度。

脈沖信號(hào)量的增幅通常有TTL電平、CMOS電平、24VDC電平和任意電平等幾種規(guī)格。實(shí)際上，數(shù)據(jù)采集卡的部件都是TTC/CMOS規(guī)格，其中的過(guò)程通道將不同幅值的脈沖信量信號(hào)轉(zhuǎn)換成了TTC/CMOS電平。

脈沖量信號(hào)或脈沖量輸入/輸出板卡對(duì)脈沖量的輸出時(shí)間和下降時(shí)間有一定的要求，對(duì)于上升時(shí)間和下降時(shí)間較長(zhǎng)的脈沖信號(hào)，必須曾加整形電路，改善脈沖信號(hào)的邊沿，以確保脈沖量通道能有效識(shí)別所輸入的脈沖量信號(hào)。