模擬量輸入模塊在制冷系統(tǒng)溫度控制中的應(yīng)用

付惠琪

焦作市技師學(xué)院 河南焦作 454003

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模擬量輸入模塊在制冷系統(tǒng)溫度控制中的應(yīng)用

付惠琪

焦作市技師學(xué)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(tǒng)溫度控制中的應(yīng)用，可為相關(guān)工作提供參考。

可編程序控制器； 模擬量； 模塊； 應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)控制過程中，不僅需要控制大量的開關(guān)量信號(hào)，而且需要控制一些隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，如溫度、壓力、流量等。其中，溫度控制在模擬量控制中應(yīng)用較多，如各種溫控爐、制冷設(shè)備、熱處理感應(yīng)加熱爐等，都要求可對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換為非標(biāo)電量，還要通過變送器將非標(biāo)電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電量，然后再送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器或其它控制端口。以上方式連接較為繁瑣，還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加設(shè)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(chǎn)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(gè)模塊可以直接外接溫度傳感器，變送功能和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能均由模塊自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。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(tǒng)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(tǒng)溫度控制中的應(yīng)用。

1 性能指標(biāo)

FX2N-4AD-PT模塊在FX2N-4AD模塊的基礎(chǔ)上增加溫度轉(zhuǎn)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(gè)模擬量輸入通道。FX2N-4AD-PT的具體性能指標(biāo)見表1。

表1 FX2N-4AD-PT性能指標(biāo)

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(yīng)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(chǎn)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(jí)接地。

模塊電源可以使用PLC的內(nèi)部24V電源或外部電源。

3 標(biāo)定

在三菱PLC模擬量控制中，模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換必不可少。轉(zhuǎn)換前后模擬量和數(shù)字量之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為標(biāo)定。FX2N-4AD-PT模塊的標(biāo)定如圖2所示，可以選擇兩種溫度標(biāo)定： 攝氏溫度(℃)標(biāo)定和華氏溫度(℉)標(biāo)定。

圖2 FX2N-4AD-PT模塊的標(biāo)定

4 緩沖存儲(chǔ)器(BFM)功能分配

BFM是特殊功能模塊中的16位存儲(chǔ)器，是PLC與外部模擬量進(jìn)行信息交換的中間單元。三菱PLC模擬量模塊的功能應(yīng)用是通過對(duì)BFM各單元的內(nèi)容設(shè)置來完成的，因此，BFM存儲(chǔ)單元的內(nèi)容和功能是學(xué)習(xí)、應(yīng)用模塊的關(guān)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(shù)，稱為采樣字。采樣字的取值范圍為1～4096，默認(rèn)值為8。

4.2 溫度讀取緩沖存儲(chǔ)器BFM#5～BFM#20

FX2N-4AD-PT模塊對(duì)溫度的采樣有平均值和當(dāng)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(chǔ)器。

BFM#9～BFM#12依次為CH1～CH4當(dāng)前攝氏溫度讀取緩沖存儲(chǔ)器。

BFM#13～BFM#16依次為CH1～CH4平均華氏溫度讀取緩沖存儲(chǔ)器。

BFM#17～BFM#20依次為CH1～CH4當(dāng)前華氏溫度讀取緩沖存儲(chǔ)器。

上述值的精度為0.1℃和0.1℉。

4.3 數(shù)字范圍錯(cuò)誤緩沖存儲(chǔ)器BFM#28

BFM#28為數(shù)字范圍錯(cuò)誤緩沖存儲(chǔ)器，主要功能是當(dāng)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(shí)，記錄并鎖存每個(gè)通道的錯(cuò)誤信息。

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

4.4 錯(cuò)誤狀態(tài)緩沖存儲(chǔ)器BFM#29

BFM#29中保存的是發(fā)生故障和錯(cuò)誤時(shí)的狀態(tài)信息，供查錯(cuò)和保護(hù)用。

4.5 模塊識(shí)別緩沖存儲(chǔ)器BFM#30

BFM#30中存放的是特殊功能模塊的識(shí)別碼，F(xiàn)X2N-4AD-PT單元的識(shí)別碼為K2040。在PLC用戶程序中使用這個(gè)識(shí)別碼，可以在數(shù)據(jù)交換前確認(rèn)此功能模塊。

5 制冷系統(tǒng)溫度控制實(shí)例

制冷裝置，如冷庫、冷藏室、中央空調(diào)等在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)中應(yīng)用普遍。制冷裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)需要對(duì)壓力、溫度、濕度、流量、液位等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測和調(diào)節(jié)，其中溫度控制是制冷自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制。以下通過一個(gè)制冷系統(tǒng)溫度控制實(shí)例來說明三菱FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊的具體應(yīng)用。

5.1 控制要求

某制冷裝置使用兩臺(tái)壓縮機(jī)組，系統(tǒng)要求在溫度低于12℃時(shí)不啟動(dòng)機(jī)組，在溫度高于12℃時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)壓縮機(jī)，3s后啟動(dòng)另一臺(tái)壓縮機(jī)。當(dāng)溫度降低到10℃時(shí)停止其中一臺(tái)機(jī)組。要求先啟動(dòng)的一臺(tái)停止，當(dāng)溫度降到7.5℃時(shí)兩臺(tái)機(jī)組都停止。溫度低于5℃時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出超低溫報(bào)警[5-7]。

5.2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，該制冷裝置的控制系統(tǒng)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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度控制。

控制過程為： 利用溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測環(huán)境溫度，并轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬量電信號(hào)送入FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊；FX2N-4AD-PT將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，并存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，達(dá)到控制要求[8-9]。這一制冷系統(tǒng)溫度控制硬件接線如圖3所示。

圖3 制冷系統(tǒng)溫度控制硬件接線圖

5.3 軟件設(shè)計(jì)

FX2N-4AD-PT模塊占用特殊功能模塊0號(hào)位置，溫度采樣取平均值，單位為℃，采樣次數(shù)為6，輸入通道選CH1，采樣值保存在數(shù)據(jù)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(shí)別碼，并驗(yàn)證識(shí)別碼。若識(shí)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(cuò)誤狀態(tài)信息。發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，不能讀取溫度，Y005輸出。沒有發(fā)生錯(cuò)誤，才能讀取輸入模塊通道1的溫度平均值至PLC的D20數(shù)據(jù)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(jìn)行比較，并按控制要求啟動(dòng)或停止相應(yīng)壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷系統(tǒng)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(shè)備溫度控制程序

6 結(jié)束語

實(shí)踐證明，制冷設(shè)備溫度模擬量控制系統(tǒng)選用FX2N-4AD-PT模擬量輸入模塊，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高與自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，并可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了模擬量控制要求，具有實(shí)用價(jià)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(jí)講師，主要從事電氣應(yīng)用教學(xué)與研究工作， E-mail： fhq123505@163.com

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