PLC工業(yè)控制中的信號分析

★趙建偉（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程系）

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PLC工業(yè)控制中的信號分析

★趙建偉
（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程系）

【摘要】本文分析了PLC控制中的信號種類及其特點，并給出了各類信號的應用場合，指明了各類信號的應用范圍。

【關鍵詞】PLC；信號；控制

一、模擬量信號

許多來自現(xiàn)場的檢測信號都是模擬信號，如液壓、壓力、溫度、位置、PH值、電壓、電流等，通常都將現(xiàn)場待檢測的物理量通過傳感器轉換為電壓或電流信號；許多執(zhí)行裝置所需要的控制信號也是模擬量，如調節(jié)閥、電動機、電力電子的功率器件等的控制信號。

模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號，這些信號在規(guī)定的一段連續(xù)時間內，其幅值為連續(xù)值，即從一個量變到下一個量時中間沒有間斷。

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

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

模擬信號的常用規(guī)格如述。

（一）1-5V電壓信號

次信號規(guī)格有時稱為DDZ-III型儀表電壓信號規(guī)格。1-5V電壓信號規(guī)格通常用于計算機控制系統(tǒng)的過程通道。工程的量程的變化范圍與4V的電壓變化范圍相對應。過程通道也可輸出1-5V電壓信號，用于控制執(zhí)行機構。

（二）4-20mA電流信號

4-20mA電流信號通常用于過程通道和變送器之間的傳輸信號。工程量或變送器的量程下限值對應的電流信號為4mA，量程上線對應的電流信號為20mA，整個工程量的變化范圍與16mA的電流變化范圍相對應。過程通道也可以輸出4-20mA電流信號，用于控制執(zhí)行機構。有的傳感器的輸出信號是毫伏級的電壓信號，如K分度熱電偶在1000℃是輸出信號為41.296mV。這寫信號要經過變送器裝換成標準信號再送給過程通道。熱電阻傳感器的輸出信號時電阻值，一般要經過變送器轉換為標準信號，再送到過程通道。對于采用4-20mA電流信號的系統(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。

有必要說的是，以上兩種標準不包括零值再內，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。這樣也同時吧晶體管器件的起始非線性段避開了，使信號值與被測參數(shù)的大小更接近線性關系，所以受到國際的推薦和普遍采用。

當控制系統(tǒng)輸出模擬信號需要傳送的距離時，一般采用電流信號而不是電壓信號，因為電流信號在一個回路中不會衰減，因而抗干擾能力比電壓信號強；當控制系統(tǒng)輸出模擬信號需要傳送給多個儀器儀表或控制對象時，一般采用直流電壓信號而不是直流電流信號。

二、開關量信號

有許多的現(xiàn)場設備往往只應對兩種狀態(tài)，例如。按鈕、行程開關的閉合和斷開、電機的啟動和停止、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、閥門的打開和關閉等，可以用開關輸出信號區(qū)控制或對開關輸出信號進行檢測。

開關信號是指在有限的離散瞬時上取值間斷的信號。在二進制系統(tǒng)中，數(shù)字信號時由有限字長的數(shù)字組成，其中每位數(shù)值不是0就是1。數(shù)值信號的特點是，他只帶表某個瞬間的量值，是不連續(xù)的信號。開關信號的處理主要是檢測開關器件的狀態(tài)變化。

開關量信號反映了生產過程、設備運行的現(xiàn)行狀態(tài)、邏輯關系和動作順序。列如，行程開關可以指示出某個部件是否達到指定的位置，如果已經到位，則行程開關接通，并向工控系統(tǒng)輸入1個開關量信號；又如工控系統(tǒng)欲輸出報警信號，則可以輸出1個開關量信號，通過繼電器或接觸器報警接觸設備，發(fā)出聲光報警。如果開關量信息的幅值為TTL/cmos電平，有時又將一組開關量信號稱之為數(shù)字量信號。

開關量輸出信號有觸電輸入和電平輸入兩種方式。觸電又有動合和動斷之分，其邏輯關系正好相反，猶如數(shù)字電路中的正邏輯和負邏輯。工控機系統(tǒng)實際上是按電平進行邏輯運算和處理的，因此工控機系統(tǒng)必須為輸入系統(tǒng)提供電源，將觸電輸入轉換為電平輸入。開關量輸出信號也有觸電輸出和電平輸出兩種方式。輸出觸電也有動合動斷之分。

數(shù)字信號輸入計算機后，常常要進行碼制轉換的處理，如BCD碼轉換為ASCII碼，以便顯示數(shù)字信號。

對于開關量輸出信號，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晶體管的通斷來直接對外部提供電壓信號的。電壓輸出方式的速度比較快且外部接線簡單，但帶負載能力比較弱；繼電器輸出方式則相反。對于電壓輸出，又可分為直流電壓和交流電壓，相應的電壓幅值可以有5V/12V/24V和4V8等

三、脈沖量信號

脈沖量信號和電平形式的開關量累似，當開關量按一定頻率變化時，則該開關量可以視為脈沖量，也就是說脈沖量有周期性。

測量頻率、轉速等參數(shù)的傳感器都是以脈沖頻率的方式被測量值的，有一些測量流量的傳感器或變送器，也是以脈沖頻率為輸出信號。在運動控制中，編碼器送出的信號也是脈沖信號，根據(jù)脈沖的數(shù)量，可以獲得電動機角位移和轉速的信息。另外，也可以通過輸出脈沖來控制步進電動機轉速或角速度。

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

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