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基于FX0N-3A模塊的壓力測量研究

作時間:2019-09-05  來源:  作者:
   

 摘要:分析了高層樓宇供水管道壓力監測的重要性, 提出了一種采用 FX0N-3A 模擬量輸入輸出模塊的壓 力測量方案,詳細介紹了 FX0N-3A 模塊的使用方法, 非常后通過實驗,驗證了壓力測量方案的準確性和可行 性,為變頻恒壓供水系統的技術創新助力。oBU壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
在工業自動化領域,壓力、溫度、流量、速度等等都是需 要實時監測的物理量,這些物理量一般需經過單片機、PLC 等控制器處理成數字量后,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水壓的實時 監測[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 
 
隨著城鎮化建設的不斷推進,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,變頻恒壓供水系統是目前城市 非常流行的生活用水供水方式,其中,供水管道壓力是一個需 要實時監測的關鍵參數。 
 
本文用三菱 FX1N-40MR 型 PLC 作為控制器,結合 FX0N-3A 模擬量輸入輸出模塊,來監測供水管道壓力,并 顯示和記錄在計算機上,壓力測量方案如圖 1 所示。
壓力測量方案
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換成電流信號,傳送給FX0N-3A 模塊,進行后續的數據處理;另一方面,其上的數 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,以驗證壓力監測系統的準確性。
電流輸入輸出格式
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換成內部的數字信號(A/D 轉 換),而輸出通道將內部的數字信號轉換成外部的模擬信號 (D/A 轉換),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整。
 
 2 FX0N-3A 模塊的調整 
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整方式采 用電流輸入輸出格式,電流量程是 4 ~ 20 mA。
 
 經過調試,FX0N-3A模塊的A/D轉換實際所能達到的 非常大數值與輸入電流的大小有關,若要達到FX0N-3A模塊 的 A/D 轉換理論非常大值 255,輸入電流至少為 22.5 mA。因 電流輸入量程是 4 ~ 20 mA,A/D 轉換值無法達到 255,本 文設定輸入電流為 20 mA 時,FX0N-3A 模塊 A/D 轉換值 為 215,分辨率為 0.074 mA,如圖 2 所示。
 
 2.1 輸出通道的調整
輸出電流測量
向三菱PLC模塊中寫入程序如圖4所示,運行并監控PLC。
D/A 轉換程序
2.1.1 偏置調整
使 X0=ON,X1=OFF,此時將數字量“1”進行 D/A 轉 換,調節“D/A OFFSET”旋鈕,使模擬電流輸出值為 4.074 mA。 
 
2.1.2 增益調整 
 
使 X0=OFF,X1=ON,此時將數字量“215”進行 D/A 轉 換,調節“D/AGAIN”旋鈕,使模擬電流輸出值為 20.000mA。至 此,輸出通道已調整完畢。 
 
2.2 輸入通道的調整 
用 FX0N-3A 模塊的電流模擬量輸出通道作為電流發 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,運行并監控PLC。
 
 2.2.1 偏置調整 
使 X0=ON,X1=OFF,將數字量“1”進行 D/A 轉換,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 轉換,節“A/D OFFSET”旋鈕,使數據寄存器 D01 的數值為 1。
 
2.2.2 增益調整 
使 X0=OFF,X1=ON,將數字量“215”進行 D/A 轉換, 此時輸出通道電流為 20.000mA。使 X2=ON,將 20.000mA 電 流進行A/D轉換,調節“A/D GAIN”旋鈕,使數據寄存器D01 的數值為 215。至此,一路輸入通道已調整完畢。 兩路輸入通道使用相同的偏置與增益,當其中一路輸入 通道已經調整好,另一通道也被自行調整好,而不用另行調整。 
 
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,FX0N-3A 模塊的 A/D 轉換 值對應為 0 ~ 215,三者之間的換算關系見表 1。
 
根據壓力測量方案,搭建好壓力監控系統,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 結論
本文介紹了樓宇供水壓力監控系統方案,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 供水系統中的推廣提供有力支撐。
 
注明,三暢儀表文章均為原創,轉載請標明本文地址

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