基于FX0N-3A模塊的壓力測量研究

 

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，壓力、溫度、流量、速度等等都是需 要實時監(jiān)測的物理量，這些物理量一般需經(jīng)過單片機、PLC 等控制器處理成數(shù)字量后，才能在計算機或觸摸屏上顯示 并記錄下來。但這些物理量都是模擬量，需要經(jīng)過模擬量 輸入輸出模塊，才能傳送給控制器處理。 

 

本文用 FX0N-3A 模擬量輸入輸出模塊實現(xiàn)水壓的實時 監(jiān)測[1-3]。FX0N-3A 是三菱 PLC 模擬量輸入輸出模塊，具有 8 位二進制分辨率，2 通道模擬量輸入和 1 通道模擬量輸出，可 以進行 2 通道的電壓輸入（DC0 ～ 10 V、DC0 ～ 5 V), 或者電 流輸入(DC4 ～20mA)，1 個通道的模擬量輸出可以是電壓輸 出（DC0 ～ 10 V) 或者電流輸出(DC4 ～ 20mA)。

 

1 壓力測量方案 

 

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進，越來越多的人涌入城市， 城市中高層建筑如雨后春筍般拔地而起，城市居民生活用 水是目前亟需解決的問題，變頻恒壓供水系統(tǒng)是目前城市 #流行的生活用水供水方式，其中，供水管道壓力是一個需 要實時監(jiān)測的關(guān)鍵參數(shù)。 

 

本文用三菱 FX1N-40MR 型 PLC 作為控制器，結(jié)合 FX0N-3A 模擬量輸入輸出模塊，來監(jiān)測供水管道壓力，并 顯示和記錄在計算機上，壓力測量方案如圖 1 所示。

壓力傳感器選用擴散硅壓力變送器，用于采 集水壓信號，一方面將壓力信號轉(zhuǎn)換成電流信號，傳送給FX0N-3A 模塊，進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理；另一方面，其上的數(shù) 顯表可以顯示實時壓力值，與計算機中顯示壓力值進行對 比，以驗證壓力監(jiān)測系統(tǒng)的準確性。

FX0N-3A 模塊包含兩路輸入通道和一路輸出通道，輸 入通道將外部的模擬信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的數(shù)字信號（A/D 轉(zhuǎn) 換），而輸出通道將內(nèi)部的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成外部的模擬信號 （D/A 轉(zhuǎn)換），在測量壓力之前，需要對 FX0N-3A 模擬量輸 入輸出模塊進行偏置與增益調(diào)整。

 

 2 FX0N-3A 模塊的調(diào)整 

FX0N-3A 模擬量輸入輸出模塊使用 3 種模擬量輸入 輸出格式，其中有 2 種是電壓輸入輸出格式，1 種是電流輸 入輸出格式，根據(jù)連線方式的差異，可以選擇電流或是電壓 作為模擬量輸入輸出信號，本次偏置與增益的調(diào)整方式采 用電流輸入輸出格式，電流量程是 4 ～ 20 mA。

 

 經(jīng)過調(diào)試，F(xiàn)X0N-3A模塊的A/D轉(zhuǎn)換實際所能達到的 #大數(shù)值與輸入電流的大小有關(guān)，若要達到FX0N-3A模塊 的 A/D 轉(zhuǎn)換理論#大值 255，輸入電流至少為 22.5 mA。因 電流輸入量程是 4 ～ 20 mA，A/D 轉(zhuǎn)換值無法達到 255，本 文設(shè)定輸入電流為 20 mA 時，F(xiàn)X0N-3A 模塊 A/D 轉(zhuǎn)換值 為 215，分辨率為 0.074 mA，如圖 2 所示。

 

 2.1 輸出通道的調(diào)整

向三菱PLC模塊中寫入程序如圖4所示，運行并監(jiān)控PLC。

2.1.1 偏置調(diào)整

使 X0=ON，X1=OFF，此時將數(shù)字量“1”進行 D/A 轉(zhuǎn) 換，調(diào)節(jié)“D/A OFFSET”旋鈕，使模擬電流輸出值為 4.074 mA。 

 

2.1.2 增益調(diào)整 

 

使 X0=OFF，X1=ON，此時將數(shù)字量“215”進行 D/A 轉(zhuǎn) 換，調(diào)節(jié)“D/AGAIN”旋鈕，使模擬電流輸出值為 20.000mA。至 此，輸出通道已調(diào)整完畢。 

 

2.2 輸入通道的調(diào)整 

用 FX0N-3A 模塊的電流模擬量輸出通道作為電流發(fā) 生器，將電流輸出通道連接到一路輸入通道上，連線如圖 5 所示，當使用電流輸入時，應(yīng)確保電流輸入端子[IIN*]和電 壓輸入端子[VIN*]短接。

 

向三菱PLC模塊中寫入程序如圖 6，運行并監(jiān)控PLC。

 

 2.2.1 偏置調(diào)整 

使 X0=ON，X1=OFF，將數(shù)字量“1”進行 D/A 轉(zhuǎn)換，此時輸出通道電流為 4.074 mA。使 X2=ON，將 4.074 mA 電 流進行 A/D 轉(zhuǎn)換，節(jié)“A/D OFFSET”旋鈕，使數(shù)據(jù)寄存器 D01 的數(shù)值為 1。

 

2.2.2 增益調(diào)整 

使 X0=OFF，X1=ON，將數(shù)字量“215”進行 D/A 轉(zhuǎn)換， 此時輸出通道電流為 20.000mA。使 X2=ON，將 20.000mA 電 流進行A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)“A/D GAIN”旋鈕，使數(shù)據(jù)寄存器D01 的數(shù)值為 215。至此，一路輸入通道已調(diào)整完畢。 兩路輸入通道使用相同的偏置與增益，當其中一路輸入 通道已經(jīng)調(diào)整好，另一通道也被自行調(diào)整好，而不用另行調(diào)整。 

 

3 水壓測量實驗 

擴散硅壓力變送器的量程是 0 ～ 1 MPa，變 送器的輸出電流是 4 ～ 20 mA，F(xiàn)X0N-3A 模塊的 A/D 轉(zhuǎn)換 值對應(yīng)為 0 ～ 215，三者之間的換算關(guān)系見表 1。

 

根據(jù)壓力測量方案，搭建好壓力監(jiān)控系統(tǒng)，通電實驗 后，計算機中顯示的實時壓力值和壓力變送器的顯示值 如圖 7 所示，從圖中可以看出，兩者是完全一致的。 

 

4 結(jié)論

本文介紹了樓宇供水壓力監(jiān)控系統(tǒng)方案，闡述了 FX0N-3A 模擬量輸入輸出模塊的校準方法。通過實驗對 比，驗證了該方法的準確性和可行性，為該方法在變頻恒壓 供水系統(tǒng)中的推廣提供有力支撐。