付惠琪

焦作市技師學院 河南焦作 454003

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模擬量輸入模塊在制冷系統溫度控制中的應用

付惠琪

焦作市技師學院 河南焦作 454003

介紹了三菱模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT的使用方法，論述了這一模塊在制冷系統溫度控制中的應用，可為相關工作提供參考。

可編程序控制器； 模擬量； 模塊； 應用

在工業(yè)生產控制過程中，不僅需要控制大量的開關量信號，而且需要控制一些隨時間連續(xù)變化的模擬量信號，如溫度、壓力、流量等。其中，溫度控制在模擬量控制中應用較多，如各種溫控爐、制冷設備、熱處理感應加熱爐等，都要求可對溫度進行實時控制。若使用普通的熱電偶或熱電阻溫度傳感器，只能將溫度信號轉換為非標電量，還要通過變送器將非標電量轉換為標準電量，然后再送至模數轉換器或其它控制端口。以上方式連接較為繁瑣，還會降低系統的穩(wěn)定性，增加設備成本。

為了方便接入溫度傳感器，三菱可編程序控制器(PLC)生產商專門開發(fā)了溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT和FX2N-4AD-TC，這兩個模塊可以直接外接溫度傳感器，變送功能和模數轉換功能均由模塊自動實現。PLC與特殊功能模塊通過讀(FROM)指令和寫(TO)指令的程序編制完成信息交換。采用模擬量輸入模塊將大大提高系統的控制性能，并方便接線[1-2]。

筆者以三菱模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT為例，介紹模塊的使用方法，并探討模塊在制冷系統溫度控制中的應用。

1 性能指標

FX2N-4AD-PT模塊在FX2N-4AD模塊的基礎上增加溫度轉換功能，是高精度溫度模擬量輸入模塊[3-4]，與該模塊匹配的溫度傳感器為PT100鉑電阻溫度傳感器，三線制接線，電阻100Ω，有4個模擬量輸入通道。FX2N-4AD-PT的具體性能指標見表1。

表1 FX2N-4AD-PT性能指標

2 接線

FX2N-4AD-PT模塊的接線如圖1所示。

圖1 FX2N-4AD-PT模塊接線示意圖

應使用三線PT100傳感器的電纜或雙絞屏蔽電纜作為模擬量的輸入電纜，且與電源線或其它可能產生電氣干擾的線隔開。

如果存在電氣干擾，將外殼接地線端子(FG)連接至FX2N-4AD-PT的接地端，并與主單元接地端連接。主單元可以使用三級接地。

模塊電源可以使用PLC的內部24V電源或外部電源。

3 標定

在三菱PLC模擬量控制中，模數、數模轉換必不可少。轉換前后模擬量和數字量之間存在一定的對應關系，這種對應關系稱為標定。FX2N-4AD-PT模塊的標定如圖2所示，可以選擇兩種溫度標定： 攝氏溫度(℃)標定和華氏溫度(℉)標定。

圖2 FX2N-4AD-PT模塊的標定

4 緩沖存儲器(BFM)功能分配

BFM是特殊功能模塊中的16位存儲器，是PLC與外部模擬量進行信息交換的中間單元。三菱PLC模擬量模塊的功能應用是通過對BFM各單元的內容設置來完成的，因此，BFM存儲單元的內容和功能是學習、應用模塊的關鍵。以下介紹FX2N-4AD-PT模塊的BFM功能分配。

4.1 采樣字BFM#1～BFM#4

BFM#1～BFM#4依次為CH1～CH4平均值采樣次數，稱為采樣字。采樣字的取值范圍為1～4096，默認值為8。

4.2 溫度讀取緩沖存儲器BFM#5～BFM#20

FX2N-4AD-PT模塊對溫度的采樣有平均值和當前值兩種，每種又分為攝氏溫度和華氏溫度。

BFM#5～BFM#8依次為CH1～CH4平均攝氏溫度讀取緩沖存儲器。

BFM#9～BFM#12依次為CH1～CH4當前攝氏溫度讀取緩沖存儲器。

BFM#13～BFM#16依次為CH1～CH4平均華氏溫度讀取緩沖存儲器。

BFM#17～BFM#20依次為CH1～CH4當前華氏溫度讀取緩沖存儲器。

上述值的精度為0.1℃和0.1℉。

4.3 數字范圍錯誤緩沖存儲器BFM#28

BFM#28為數字范圍錯誤緩沖存儲器，主要功能是當CH1～CH4的測量溫度過高、熱電偶斷線或測量溫度過低超出模塊允許范圍時，記錄并鎖存每個通道的錯誤信息。

因此，通過讀取BFM#28的值就能判斷出每個通道曾經發(fā)生的錯誤信息。若想清除錯誤信息，可用寫指令向BFM寫入K0或關閉電源。

4.4 錯誤狀態(tài)緩沖存儲器BFM#29

BFM#29中保存的是發(fā)生故障和錯誤時的狀態(tài)信息，供查錯和保護用。

4.5 模塊識別緩沖存儲器BFM#30

BFM#30中存放的是特殊功能模塊的識別碼，FX2N-4AD-PT單元的識別碼為K2040。在PLC用戶程序中使用這個識別碼，可以在數據交換前確認此功能模塊。

5 制冷系統溫度控制實例

制冷裝置，如冷庫、冷藏室、中央空調等在工業(yè)生產和社會中應用普遍。制冷裝置的自動控制系統需要對壓力、溫度、濕度、流量、液位等參數進行自動檢測和調節(jié)，其中溫度控制是制冷自動控制系統的基本控制。以下通過一個制冷系統溫度控制實例來說明三菱FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊的具體應用。

5.1 控制要求

某制冷裝置使用兩臺壓縮機組，系統要求在溫度低于12℃時不啟動機組，在溫度高于12℃時啟動一臺壓縮機，3s后啟動另一臺壓縮機。當溫度降低到10℃時停止其中一臺機組。要求先啟動的一臺停止，當溫度降到7.5℃時兩臺機組都停止。溫度低于5℃時，系統發(fā)出超低溫報警[5-7]。

5.2 硬件設計

根據控制要求，該制冷裝置的控制系統選用三菱FX2N-48MR型PLC和FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊，組成模擬量控制系統，實現溫度控制。

控制過程為： 利用溫度傳感器實時檢測環(huán)境溫度，并轉換為連續(xù)變化的模擬量電信號送入FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊；FX2N-4AD-PT將模擬量信號轉化為數字量信號，并存儲于BFM；通過PLC的讀指令和寫指令編制程序來完成PLC與FX2N-4AD-PT模塊的信息交換，實現溫度的自動控制，達到控制要求[8-9]。這一制冷系統溫度控制硬件接線如圖3所示。

圖3 制冷系統溫度控制硬件接線圖

5.3 軟件設計

FX2N-4AD-PT模塊占用特殊功能模塊0號位置，溫度采樣取平均值，單位為℃，采樣次數為6，輸入通道選CH1，采樣值保存在數據寄存器D10中。FX2N-4AD-PT輸入模塊的溫度讀取程序如圖4所示[10]。

圖4 FX2N-4AD-PT輸入模塊溫度讀取程序

在PLC通電瞬間，從輸入模塊的BFM#30中讀取模塊識別碼，并驗證識別碼。若識別碼正確，則按照要求將輸入模塊通道1的采樣字改為6，并讀取輸入模塊BFM#29的錯誤狀態(tài)信息。發(fā)生錯誤時，不能讀取溫度，Y005輸出。沒有發(fā)生錯誤，才能讀取輸入模塊通道1的溫度平均值至PLC的D20數據寄存器中。

將FX2N-4AD-PT輸入模塊讀取到的溫度與控制的要求溫度進行比較，并按控制要求啟動或停止相應壓縮機，實現對制冷系統的溫度控制，此部分的溫度控制程序如圖5所示。

圖5 制冷設備溫度控制程序

6 結束語

實踐證明，制冷設備溫度模擬量控制系統選用FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊，具有結構簡單、可靠性高與自動化程度高等優(yōu)點，并可進行網絡化運行，實現了模擬量控制要求，具有實用價值。

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(編輯： 小 前)

Introduced the use of the Mitsubishi analog input module FX2N-4AD-PT, discussed the application of this module in temperature control of the refrigeration system that might provide a reference for relevant work.

PLC； Analog Quantity； Module； Application

2016年12月

付惠琪(1971— )，女，碩士，高級講師，主要從事電氣應用教學與研究工作， E-mail： fhq123505@163.com

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