模拟量信号干扰分析及11种解决秘诀 关键词：PLC 模拟量信号干扰 1、概述 随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 2、电磁干扰源及对系统的干扰 影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V 以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 3、PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ (1) 来自空间的辐射干扰： 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC 系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 (2) 来自系统外引线的干扰： 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 (3)来自电源的干扰：
对输入、输出模拟量的ＰLＣ编程的探讨及编程实例解析
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对输入、输出模拟量的PLＣ编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLＣ编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器,通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的,如果选用的转换公式不对,编出的程序肯定是错误的。比如有3个温度传感变送器： (1)、测温范围为0～20０，变送器输出信号为4~20ｍa (２)、测温范围为0~200，变送器输出信号为0～5V （3)、测温范围为-100 ~50０，变送器输出信号为4～２０ｍa （１）和（2）二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，（1）和（3)传感变送器输出信号一样,但测温范围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用Ｓ7-200的模拟量输入输出模块EM23５的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3)传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号,2０ma 对应数子量=32000,4 mａ对应数字量=6４00; 对于(２）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0~５Ｖ电压信号，5V 对应数字量=３200０,０V对应数字量=0; 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢?这要借助与数学知识帮助，请见下图：
第六章模拟量输入输出 *模拟通道的组成 调理电路，模拟开关MUX(多路复用)sample/holder S/H 采样保持器SHA （sample/holder—S/H ）* 转换接口电路 简单I/O 扩展:输入缓冲/输出锁存,同步转换(R f G d) 基准地(Reference Ground)电压基准源(Reference Voltage Source)(g )*ADC/DAC 线性转换关系X Di it l A l x-x 0X-X 0= 微机系统与接口X:Digital,x:Analog x 1-x 0X 1-X 0
应用: 生产过程微机控制系统结构 I /O 通道信号调理 连续模拟信号 过 程 传感器检测/控制 操作台I/O 接口A/D 输入调理模拟量对 象变送器微I/O 接口D/A V/I 变换打印机⌒被执行机构机主数字量控对 象 传感器执行机构机电平变换功放驱动I/O 接口I/O 接口DI DO 显示器∪ 传感执行 频率、其他微机系统与接口 传感、执行I/O 接口变换信号处理
模拟量I/O 接口 模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型：信号采样/复原-信号处理 控制、监控-自动化系统 转换输入:V/F(P389:AD650)?计数器;输出:计数器?F/V(LM331)；PWM 调宽（时间）:易于光电隔离 F/V 模 T/C 8253/脉冲 频率 V/F 拟 信 8254MPU 号 ADC/DAC 微机系统与接口Ｖ／Ｉ 数字量
模拟量转换与I/O 通道 1.模数转换--ADC 数模转换--DAC Analog to Digital Converter/Digital to Analog Converter 22. 模入与模出通道的组成：输入通道: (高精度测量,1%~0.05%,可分时采样,同步采样) Vref 调理放大MUX S/H ADC 数字量 (MPU) 传感器Multiplexer ：（6.4）多路转换器（开关，（模拟）多路(电子)开关 1-N,N-1,N 选一）：N 路入一路输出：巡回扫描/分时转换；S l /H ld (65)Sample/Holder ：(6.5)捕捉后保持信号（电容）Voltage reference:电压基准源 输出通道:(精度,同步输出,输出保持--动态扫描) 复习：运算放大器放大执行DAC V/I 调理数字量 (MPU)微机系统与接口驱动机构 Vref MUX, S/H
安全栅与隔离器的区别 安全栅与隔离器的区别 隔离器 用于对现场仪表的各类信号调整、隔离，并转换成计算机、DCS、PLC等能接受的标准信号或用户指定的特殊信号。用于从电气上隔离远动设备和运行设备的一种器件，如继电器等。 安全栅 本质安全型防爆仪器仪表的关联设备，在正常情况下不影响测量系统的功能。它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量（电能）限制在安全值以，从而保证现场生产安全。 作为工业现场与控制室仪表之间的信号隔离变送器设备，信号隔离器和安全栅一直发挥着重要的作用，是工业控制系统中重要的组成部分。随着技术的进步，无论是现场的一次仪表，还是控制系统，都发生了变化，信号隔离器和安全栅也需要进一步发展适应更高的要求。飞创仪表总结多年来的实践经验，对产品进行了改进，对隔离器和安全栅的性能进行了提升，以满足市场的需求。新型的隔离器和安全栅在性能和技术指标上都较过去有了更大的进步。 一、模块化的设计保证对市场的快速响应 隔离器和安全栅一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。根据信号的流向在输入或输出单元增加本质安全设计，从而构成隔离器和安全栅。 虽然实际应用中的隔离器和安全栅基本上都是由上述四个单元构成，但输入、输出的类型和数量的不同，组成了种类繁多的型号，为了满足市场的需求，越来越多的型号使得企业的生产负担加重，数量少品种多使得交货周期越来越长，也使得调试检验的成本增加。这些情况已经严重的阻碍了产品的市场推广。针对这种情况，宇通公司通过仔细的分析，采用模块化的设计方法，将隔离器和安全栅划分为七种功能模块，从而比较好的解决了上述问题。模块化的设计方法极大
本文以EM235为例讲解S7-200模拟量编程，主要包括以下内容： 1、模拟量扩展模块接线图及模块设置 2、模拟量扩展模块的寻址 3、模拟量值和A/D转换值的转换 4、编程实例 模拟量扩展模块接线图及模块设置 EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1。 图1 图1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。 对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量
程和分辨率。（后面将详细介绍） 量的单/双极性、增益和衰减。 时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。 SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。
6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。 输入校准 模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下： A、切断模块电源，选择需要的输入范围。 B、接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。 C、用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。 D、读取适当的输入通道在CPU中的测量值。 E、调节OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。 F、将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。 G、调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。 H、必要时，重复偏置和增益校准过程。 EM235输入数据字格式 下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置
模拟量输入信号隔离器的类别
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模拟量输入信号隔离器的类别 模拟量输入隔离器的品种比较多，从输入通道数来分有单路和双路，以及一路输入、二路输出信号分配功能的品种。供电方式来分又有：回路供电型和独立供电型。 回路供电型 回路供电型信号隔离器俗称无源信号隔离器，其输入输出均为二线，接线十分方便，它把dcs、plc或显示表提供电源经隔离给二线制变送器配电，同时，二线制变送器产生4-20mA信号隔离输入到DCS、PLC或显示表。它特别适合于现场为二线制变送器，需要隔离输入到DCS、PLC系统或显示仪表，而输入设备的输入卡具有内部供电功能的场合，如图1。 图1 但是无源信号隔离器有不足之处： 1、无源信号隔离器相当于一个负载，经过隔离器在隔离两端之间有一个不大于6V的压降，因此它给二线制变送器配电工作电压会降低，
一般要求变送器12V供电能工作。 例：供电24V，RL=250Ω，当20mA时，供给二线制变送器配电电压UO≈24V-0.02×RL-6≥13V，这样一般要求二线制变送器要在12V电压正常工作。 2、无源信号隔离器传输精度相对独立供电的隔离器要差一点，为0.4%F.S.，选用时要特别注意。 独立供电型 这是最为常用的配二线制变送器的信号隔离器SWP9034A，它需要对隔离器独立供电，如图2。其特点是： 1、信号隔离器传输精度高，达到0.1％ F.S.。 2、信号隔离器SWP9034A接线方式灵活，可以接二线制变送器、三线制变送器或电流源信号，使用灵活方便。 3、电源、输入、输出之间完全隔离，保证高抗干扰性能。 图2 一进二出信号分配隔离器 在应用中，我们还会经常遇到将一个变送器信号接入两个或两个以上接收装置的情况，若采用串联环路，则环路中任一处开路都会造成整
对输入、输出模拟量的PLC编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLC编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定是错误的。比如有3个温度传感变送器： （1）、测温围为0~200，变送器输出信号为4～20ma （2）、测温围为0~200，变送器输出信号为0～5V （3）、测温围为－100 ~500，变送器输出信号为4～20ma （1）和（2）二个温度传感变送器，测温围一样，但输出信号不同，（1）和(3)传感变送器输出信号一样，但测温围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3）传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号,20ma 对应数子量=32000，4 ma对应数字量=6400； 对于（2）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0～5V电压信号，5V对应数字量=32000，0V对应数字量=0； 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助，请见下图：
上面推导出的（2-1）、（2-2）、（2-3）三式就是对应（1）、（2）、（3）三种温度传感变送器经过模块转换成数字量后再换算为被测量的转换公式。编程者依据正确的转换公式进行编程，就会获得满意的效果。 二、变送器与模块的连接
S7-300/400 PLC模拟量输入/输出的量程转换 SLC A&D CS March, 2005
1模拟量输入/输出量程转换的概念 (3) 2S7-300/400 PLC模拟量输入/输出模板 (3) 2.1需要使用的模板 (3) 2.2涉及的信号类型 (3) 3STEP 7中模拟量输入/输出的编程 (3) 3.1FC105/FC106在哪里 (3) 3.2FC105/FC106功能描述 (5) 3.2.1FC105功能描述 (5) 3.2.2FC106功能描述 (5) 3.3FC105/FC106参数定义 (6) 3.3.1FC105 的参数定义 (6) 3.3.2FC106的参数定义 (6) 3.4例子程序 (7) 3.4.1FC105例子程序 (7) 3.4.2FC106例子程序 (8)
1模拟量输入/输出量程转换的概念 实际的工程量，如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出标准电压、电流、温度、或电阻信号供PLC采集，PLC的模拟量输入模板将该电压、电流、温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量——整形数(INTEGER)。在PLC程序内部要对相应的信号进行比较、运算时，常需将该信号转换成实际物理值（对应于传感器的量程）。而经程序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数，再经模拟量输出模板转换成电压、电流信号去控制现场执行机构。这样就需要在程序中调用功能块完成量程转换。 如一个压力调节回路中，压力变送器输出4-20mA DC信号到SM331模拟量输入模板， SM331模板将该信号转换成0-27648的整形数，然后在程序中要调用FC105将该值转换成0-10.0（MPa）的工程量（实数），经PID运算后得到的结果仍为实数，要用FC106转换为对应阀门开度0-100%的整形数0-27648后，经SM332模拟量输出模板输出4-20mA DC信号到调节阀的执行机构。 本文主要讨论S7-300/400 PLC编程中模拟量的量程转换。 2S7-300/400 PLC模拟量输入/输出模板 2.1需要使用的模板 使用西门子S7-300/400 PLC进行模拟量输入/输出需要使用的模板： S7-300系列PLC：SM331系列模拟量输入模板；SM332系列模拟量输出模板；SM334/335系列模拟量输入/输出模板。 S7-400系列PLC：SM431系列模拟量输入模板；SM432模拟量输出模板。 目前常用的模板规格型号参见模板手册，请链接到如下网址下载模板手册： S7-300: https://www.doczj.com/doc/e815734185.html,/WW/view/en/8859629 S7-400: https://www.doczj.com/doc/e815734185.html,/WW/view/en/1117740 2.2涉及的信号类型 电压，电流，温度，电阻。 3STEP 7中模拟量输入/输出的编程 3.1FC105/FC106在哪里 在编程界面下，在Program elements中的Libraries下的Standard Library下的TI-S7 Converting Blocks中就可以找到，见下图：
SCA DA系统概述 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。 在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的S CADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。 数据采集与监视控制系统(SCA DA)中，各类型传感器信号隔离、放大、转换IC选型参考SCADA系统要实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，就要把现场的压力、温度、湿度、流量、速度、液位、位移等传感器感应的信号进行采集、隔离转换处理。而不同的传感器由于工作方式、配电、输出信号类型等方面的差异，对隔离放大器产品的功能选择和匹配上也不相同。 现场各种类型传感器信号隔离放大、变换应用举例： 1、安全 为了确保人身和设备的安全，安装、检修、更换本系列产品时，请务必完全关闭设备运行并切断电源。以免因错误信号导致控制系统失控而造成事故，给人身和设备安全带来危害。 ISO系列隔离放大器现场安全保护典型应用方案图：
第六章模拟量输入输出与数据采集卡 通过本章的学习，使考生掌握D/A，A/D转换的原理和典型芯片，在此基础上了解工业控制计算机常用模板的组成和应用。 要求： (1)了解D/A转换的工作原理和8位，12位D/A转换芯片；D／A转换器与总线的连接和应用方法。 (2)了解A/D转换器的工作原理和指标，熟悉A/D转换的典型芯片和多路转换器，采样保持器的工作原理。 (3)了解数据采集卡的组成和指标及其应用方法，了解工控机配套模板的概况。 一、重点提示 本章重点是D/A，A/D转换器的工作原理，与总线的连接方法。 二、难点提示 本章难点是利用这些芯片和多路开关、采样保持器组成数据采集卡的应用方法。 考核目的：考核学生对微型计算机的模拟通道的构成及工作原理的掌握。 1．数模转换器D/A (1)D/A转换的指标和工作原理 / (2)典型D/A转换器芯片 (3)D/A转换器与总线的连接 2．模数转换器A/D (1)A/D转换器的工作原理（双积分和逐次逼近型A/D转换），A/D转换器主要指标 (2)典型A/D转换器芯片（ADC0809及．12位A/D芯片）的功能和组成，与总线的连接 3．多路开关 (1)数据采集系统对多路开关的要求 (2)几种多路开关芯片 (3)几种多路开关的主要技术参数 4．采样保持器 (1)采样保持器的工作原理 (2)常用的采样保持器芯片 5．数据采集卡的组成及其应用 本章知识结构如下： （一）D／A转换接口 D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式有权电阻网络和R-2R梯形电阻网络。 集成D/A芯片类型很多，按生产工艺分有双极型、MOS型等；按字长分有8位、10位、
信号隔离器的作用和使用注意事项 信号隔离器在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。 解决“接地环路”的方法 根据理论和实践分析，有三种解决方案： 第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人生安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。 第二种方案：使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地
质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法完全能做到。 第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路问题。作为一种连接现场仪表和控制室设备的电子接口模块，信号隔离器通常安装在控制室机柜的导轨上，新手朋友对信号隔离器的使用，还有些陌生，对有哪些注意事项尚不十分了解，下面说说信号隔离器的使用注意事项有哪些呢？ 第一：信号隔离器使用前根据装箱单，以及产品标签，仔细核对和确认产品数量、型号和规格，并认真阅读信号隔离器的使用说明书； 第二：信号隔离器的使用环境应无导电粉尘，无腐蚀性气体、无强烈冲击和振动。 第三：信号隔离器为一体化结构，不可拆卸，同时应避免碰撞和跌落，请勿涂改和撕下产品上的任何标贴。 第四：信号隔离器不能代替模拟量检测端隔离式安全栅使用。 第五：信号隔离器集中安装时，通常安装间距≥10mm，否则应该选用具有低功耗特性的信号隔离器，如美国Madshen品牌：MDSC300系列。 第六：通常信号隔离器内部未设置防雷击电路，当产品的输入、输出馈线暴露于室外恶劣气候环境之中时，请注意采取防雷措施，如在信号线上加装防雷器。
信号隔离器在工业现场中的应用： 在工业生产过程中，生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表，会产生各种各样的信号：既有微弱的毫伏级的小信号，又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号；既有直流低频信号，也有高频或脉冲尖峰信号；而这些信号（主要是模拟信号）都要经过互相传递和输送的过程，因此如何保证这些（模拟）信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。 具体地说，只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，它们需要一条可靠的传输通道。日常工作经验表明，受设备要求的制约，必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数，在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中。 l造成模拟信号失真的原因 1.接地环路问题：如下图所示，当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时，就会 产生接地环路，过程信号就会失真。 由上图，要使信号完整而不失真地传输，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点，也就是有一个共同的“地”。只有这样，所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然，不同设备的接地电阻很难保证都相等，接地电阻也会随着传输距离的增加而升高，有时甚至产生高达200V的电位差。 2.测量回路相互连接问题：如下图所示，在这些回路中，参考点要将因为接通多个信号回 路而升高。
设备一 设备二 设备三 设备四 如上图，在这种相互连接的测量回路中，由于线间电阻的不断增加，必然会引起参考电压的不断升高。 3.电磁干扰问题：这是比较常见的干扰，特别是在长距离或者干扰较大的工业环境中，很 难避免感性和容性干扰在测量回路中相互参杂的情况。 解决这些问题的方案主要有三种： 第一种方案是现场仪表不接地，使过程环路中只有一个接地点，但在实际应用中，这种方案往往难以实现，因为某些设备必须接地才能保证测量精度或确保人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。 第二种方案是使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案通常是很难实现的。 第三种方案是在过程环路中使用信号隔离器。信号隔离器采用隔离技术，断开过程环路中的直接电路（直流通路）但又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决了上述问题。如下图： 信号隔离器 当然，我们也可以用D C S的隔离卡件或带隔离能力的变送器实现信号隔离，但它们价格昂贵，而且他们的隔离强度、抗无限射频/电磁干扰指标及应用灵活性比信号隔离器差，更不可能像信号隔离器那样还可解决信号转换及信号分配等问题。
对输入、输出模拟量的PLC 编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLC 编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进 行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转 换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块 进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定 是错误的。比如有3个温度传感变送器： (1) 、测温范围为0~200 ，变送器输出信号为4?20ma (2) 、测温范围为0~200 ，变送器输出信号为0?5V (3) 、测温范围为 —100 ~500 ，变送器输出信号为4?20ma (1)和(2) 二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，( 1) 和(3)传感变送器输出信号一样，但测温范围不同，这 3个传感变送器既使选用 相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235勺参数为依据对上述的3个 温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和(3)传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为 0?20ma 电流 信号,20ma 对应数子量=32000, 4 ma 对应数字量=6400; 对于(2)传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为 0?5V 电压信号，5V 对应数字量=32000, 0V 对应数字量=0; 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助， 请见下图： 时，输出电流ITma,模块转AIW=C400H T 与AlWffi 关系曲线如上左图所示，恨 据三角形相粽定理可5lb LABM 屮 按可引h — = ..... (1-1) 由團外h 屮 CT DM AB=200 CI>=h BM=32000—6400 DM=AI^—6400 带入(1*1)式，可得； 十 “咤边….(… (32000-6400) | (2；传感藩测温T=20€°时，输出电压V=5V,模块转换数字話f 『」U AIW T AlWx ⑴传感鉄诜珞跆 T 戋糸图 (3満惑越7AIW 戋齐因 (1)偉感器测淳7-200°时，输出电療1-2Dim,模块转换数宇量AIW-3200Dj 测温T-D 0*
信号隔离器地作用和使用注意事项 信号隔离器在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间地信号传输既有微弱到毫伏级、微安级地小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培地大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作.出现这种情况除了每个仪表、设备本身地性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要地因素就是由于仪表和设备之间地信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真.因此，要保证系统稳定和可靠地运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决地问题. 解决“接地环路”地方法 根据理论和实践分析，有三种解决方案： 第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人生安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新地接地点. 第二种方案：使两接地点地电势相同，但由于接地点地电阻受地
质条件及气候变化等众多因素地影响，这种方案其实在实际中无法完全能做到. 第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号地正常传输，从而彻底解决接地环路问题. 作为一种连接现场仪表和控制室设备地电子接口模块，信号隔离器通常安装在控制室机柜地导轨上，新手朋友对信号隔离器地使用，还有些陌生，对有哪些注意事项尚不十分了解，下面说说信号隔离器地使用注意事项有哪些呢？ 第一：信号隔离器使用前根据装箱单，以及产品标签，仔细核对和确认产品数量、型号和规格，并认真阅读信号隔离器地使用说明书； 第二：信号隔离器地使用环境应无导电粉尘，无腐蚀性气体、无强烈冲击和振动. 第三：信号隔离器为一体化结构，不可拆卸，同时应避免碰撞和跌落，请勿涂改和撕下产品上地任何标贴. 第四：信号隔离器不能代替模拟量检测端隔离式安全栅使用. 第五：信号隔离器集中安装时，通常安装间距≥，否则应该选用具有低功耗特性地信号隔离器，如美国品牌：系列. 第六：通常信号隔离器内部未设置防雷击电路，当产品地输入、输出馈线暴露于室外恶劣气候环境之中时，请注意采取防雷措施，如在信号线上加装防雷器. 第七：使用时必须严格按照使用说明书中地接线方式接线，且检
MTL Instruments China Co. Ltd MTL 仪器仪表有限公司 ICC211信号隔离器 用于电流或电压隔离器 特点： ◆ 输入、输出隔离 ◆ 输入信号4－20mA/0－20mA/10－50mA ◆ 输出信号4－20mA/1－5Vdc ◆ 消除接地问题 ◆ T 或G 型DIN 导轨安装 ICC211用于回路供电，将现场变送器，传感器等传送的电流信号进行隔离；由于消除回路的接地问题，接线非常简单。内置的输入输出回路电阻可以提供对简单信号的检测功能。（输出回路10Ω对4－20mA,250Ω对1－5V ） 参数说明： 通道数：单通道 输入信号：4-20mA （ICC211-I1-XX ） 0-20mA （ICC211-I2-XX ） 10-50mA （ICC211-I3-XX ） 输出信号：4-20mA (ICC211-XX-O1) 1-5V (ICC211-XX-O2) 输入输出和电源的隔离强度：1500V dc/ac 供电电压： 4－20mA 输出 Vs 最小＝17＋（R L ×0.02）V dc Vs 最大＝35V dc 1－5V 输出 Vs ＝22－35V 温差精度：＜0.01% 环境温度：－20℃－55℃（工作温度） －40℃－80℃（储存温度） 湿度： 5－95％RH
订购选型： ICC211-I1-O1 4-20mA输入及输出 ICC211-I2-O1 0-20mA输入，4-20mA输出ICC211-I3-O1 10-50mA输入，4-20mA输出
ICC211-I1-O2 4-20mA输入，1-5V输出 ICC211-I2-O2 0-20mA输入，1-5V输出 ICC211-I3-O2 10-50mA输入，1-5V输出 ICC212信号隔离器 用于智能变送器供电和隔离 特点： ◆输入、输出和电源三端隔离 ◆变送器供电 ◆用于智能变送器数字量的传送 ◆能用于其他的转换器供电或者驱动器 ◆T或G型DIN导轨安装 ICC212是双重功能，带3个端口的电流转换隔离器。 参数说明： 通道数：单通道 输入输出信号范围：0-20mA 一般的工作范围 4-20mA 数字量通讯 输入输出和电源的隔离强度：1500V dc/ac 供电电压（Vs）：20－35V 数字信号范围：100Hz－10kHz 最大阻抗值：常规变送器：650Ω 智能变送器：220Ω－650Ω 温漂： 1μA/℃ 环境温度范围：－20℃－＋55℃ 湿度范围：5％－95％RH
AD与DA功能说明 一、关于AD所使用的寄存器功能： 1）D8050：模拟量AD时钟分频（设定值：0~3，默认为：2），0－AD时钟为CPU时钟2分频；1－AD时钟为CPU时钟4分频；2－AD时钟为CPU时钟6分频；3－AD时钟为CPU时钟8分频；AD时钟不能大 于14M； 2）D8051：模拟量AD采样次数（设定值：3~50次，默认为：22）的设置数据在下次上电生效； 二、关于上下量程设置与使用 1、上下量程支持设置成负数，上量程必须大于下量程； 2、如果上下量程均为0，则不进行对应量程的数据转换； 3、当上下限量程均为0时，DA数据的输入范围：0~4095，反之，DA数据的输入范围：>=下限量 程，<=上限量程；数据在上述数据外时，PLC报6712故障； 三、RD3A与WR3A使用说明 1、RD3A的使用 M0m1m2s1 （RD3A K0D0D10） 指定保存AD数据的寄存器D10 指定量程的寄存器D0上限D1下限 指定需要读取的AD路数（0~14）说明： a)m1-指定需要读取的AD路数（最大数为设置软件开通的路数，超出报6711）； b)m2-指定上下限量程的寄存器，m2为量程上限，m2+1为量程下限，仅可指定D寄存器作为量 程地址，其它数据报6711； c)上面的程序原理：当M0为ON时，读取第一路AD数据（上限量程在D0，下限量程在D1）到 D10保存； 例： 按上述的程序， 1)假如：D0=1000，D1=0，AD的输入是0~10V，现时输入是5V，那D10=500； 2)假如：D0=0，D1=0，AD的输入是0~10V，现时输入是5V，那D10=2048； 3)假如：D0=1000，D1=-1000，AD的输入是0~10V，现时输入是5V，那D10=0；
第四讲 模拟量的输入输出通道 过程控制 前向通道和后向通道是过程控制系统的重要组成部分 1、前向通道 数字信号处理 1.1 A/D 转换 1.1.1 硬件电路设计 （1）分辨率的选择 分辨率用位表示，n 位的A/D 转换器表示可以把输入信号分为2n 份，每一份为全量程1/2n ，称为1个LSB 。例如，本例程中采用8位A/D 温度范围为20℃~100℃，则 C 5.0C 3125.02 20 100LSB 18 ?
片选RD WR ADC0804 WR RD INTR DB 0~DB 7CS A/D 转换的时序图 1.1.2 软件的编制 查询法和中断法 （1）查询法
Extern unsigned char convert_ad(void) { Char xdata *dptr; Dptr=0x8000; *dptr=0; While(int0); Return(*dptr); } 1.1.3 测试 可以用LCB直接显示转换结果（3位整数），描点画线检查A/D转换的线性度。 A/D 万用表测出 的输入电压 1.2 数字滤波器 1.2.1 问题定义 来自传感器或变送器的有用信号中，往往混杂了各种频率的干扰信号。为了抑制这些干扰信号，通常在信号入口引入滤波器。常用的RC 滤波器能抑制高频干扰信号，但对低频干扰信号的滤波效果较差。而数字滤波器可以对极低频干扰信号进行滤波，以弥补RC 滤波器的不足。另外，它还具有某些特殊的滤波功能。 所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理，以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。这种滤波方法不需要增加硬件设备，只需根据预定的滤波算法编制相应的程序即可达到信号滤波的目的。 1.2.2 常用的滤波算法 （1）限幅滤波 限幅滤波的作用是把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大差值（由被控对象的实际情况决定）Δy进行比较，若小于或等于Δy，则取本次采样值；若大于Δy，则仍取上次采样值作为本次采样值 当| y（n）- y（n -1）|≤Δy时，则取y（n）= y（n） 当| y（n）- y（n -1）| >Δy时，则取y（n）= y（n -1）
信号隔离器原理及应用 在工业生产过程中，生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表，会产生各种各样的信号：既有微弱的毫伏级的小信号，又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号；既有直流低频信号，也有高频或脉冲尖峰信号；而这些信号都要经过互相传递和输送的过程，因此如何保证这些信号，特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。 具体地说，只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，它们需要一条可靠的传输通道。日常工作经验表明，受设备要求的制约，必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数，在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中，很可能会造成这些信号的失真。 造成模拟信号失真的原因 1.接地环路问题：如下图所示，当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时，就会产生接地环路，过程信号就会失真。 接地环路 要使信号完整而不失真地传输，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点，也就是有
一个共同的“地”。只有这样，所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然，不同设备的接地电阻很难保证都相等，接地电阻也会随着传输距离的增加而升高，有时甚至产生高达200V的电位差。 2.测量回路相互连接问题：如下图所示，在这些回路中，参考点要将因为接通多个信号回路而升高。 设备一设备二设备三设备四 U V R L1R L2R L3R L4 ΔU R1ΔU R2Δ 如上图，在这种相互连接的测量回路中，由于线间电阻的不断增加，必然会引起参考电压的不断升高。 3.电磁干扰问题：这是比较常见的干扰，特别是在长距离或者干扰较大的工业环境中，很难避免感性和容性干扰在测量回路中相互参杂的情况。 解决这些问题的方案主要有三种： 第一种方案是现场仪表不接地，使过程环路中只有一个接地点，但在实际应用中，这种方案往往难以实现，因为某些设备必须接地才能保证测量精度或确保人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。 第二种方案是使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案通常是很难实现的。 第三种方案是在过程环路中使用信号隔离器。信号隔离器采用隔离技术，断开过程环路中的直接电路（直流通路）但又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决了上述问题。如下图：
PLC模拟量输入、输出模块低成本扩展的一种方法 1 引言 可编程控制器(以下简称PLC)由于其高可靠性、编程简单、通用性强、体积小、结构紧凑、安装维护方便等特点，而在工业控制中得到了广泛应用。PLC的模块一般分为以下几大类:开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。在工业控制中特别是过程控制领域中需要采集和控制的模拟量比较多，因而对PLC的模拟量输入、输出模块需要的较多，而模拟量输入、输出模块比较贵，增加模拟量输入、输出模块就增加了成本，降低了整个系统的性价比，限制了PLC的应用。本文提出了一种基于通讯的模拟量输入、输出模块的扩展方法力图解决这一问题。 2 基于通讯的模拟量输入、输出模块的扩展方法 (1) 模拟量输入模块扩展 这里以一路12位模拟量输入为例，模拟信号以0～5V标准电压的形式送入信号输入端，应用12位A/D转换芯片MAX187实现模数转换。MAX187是12位串行A/D，具有较高的转换速度，采样频率是75kHz，适用于较高精度的过程控制。考虑到实际工业现场中的高频干扰，在采样信号送MAX187之前还使用了低通滤波器滤波，如图1所示。
图1 低通滤波、放大器及A/D转换 MAX187具有内部参考电压，既4#管脚(REF)为4.096V，因此，A/D 转换的全量程为4.096V。而输入信号是0～5V，因此，要加一级运放把0～5V转换成0～4.096V后送入MAX187。AT89C52的P1.3和MAX187的片选端(CS)相连、AT89C52的P1.4和MAX187的串行时钟信号端(SCLK)相连、AT89C52的P1.5和MAX187的串行数据输出端(DOUT)相连。模拟量采样的值存入单片机的内存中，再由单片机的串行口传送给PLC。A/D转换的C51程序如下: #include #include sbit IC4_S = P1^4; /* AD输入端口设置*/ sbit IC4_D = P1^5; sbit IC4_C = P1^3;