一種自動校準PLC模擬量輸出模塊的裝置和方法與流程

2023-05-14 03:57:01 2

本發明涉及模擬量採集技術領域，特別是涉及一種自動校準plc模擬量輸出模塊的裝置和方法。

背景技術：

在各種工業自動化控制場合以及信號採集中，需要大量的模擬量信號採集，模擬量對信號質量要求很高，要求模擬量採集的精度越高越好，這樣能精確的知道現場的信號細微的變化，因此有必要設計相對高精度的模擬量採集板卡，但由於模擬量器件本身精度的限制，以及pcb印製板布線之間的幹擾，從硬體方面解決模擬量精度作用有限，所以一般情況下，需要通過人工來校準參數。

採用手動校準方法，操作工人需對模塊的每一個通道一一進行校準，對每個通道校準的步驟也非常複雜，校準過程相對耗費人工，而且校準結果不準確，不利於批量校準測試，生產效率低。採用手動校準方法，是由人工去完成大量的重複性工作，浪費人力資源，耗費企業生產成本，採用手動校準方法，操作工人長時間重複單一的工作，容易產生疲勞，進而會導致對產品漏校準或誤校準的情況，產品質量得不到保障。

技術實現要素：

針對上述技術中存在的不足之處，本發明公開一種自動校準plc模擬量輸出模塊的裝置和方法，從而使校準速度快，校準過程無需人工幹預，提高生產效率，提高產品質量。

解決方案如下，本發明公開一種自動校準plc模擬量輸出模塊的裝置，包括：

主控晶片：通過串行通訊接口控制模擬量輸出模塊輸出類型以及輸出信號的大小，主控晶片存儲有差值範圍表並對比模擬轉換器的值與輸出特定信號的大小；

模擬量輸出模塊：在主控晶片的控制下，輸出相應大小的電壓信號或電流信號；

分壓網絡模塊：把輸入的電壓信號或電流信號分壓到模數轉換器可以接受的輸入範圍；

通道模塊：對應分壓網絡模塊，供分壓網絡模塊分壓的值通過不同的通道流入到模數轉換器中；

模數轉換器：將通道模塊中流入的模擬電壓信號或者模擬電流信號轉換成數字電壓信號或者數字電流信號，再輸入到主控晶片中進行對比。

其中，所述分壓網絡模塊設置有多個子網絡模塊，每個子網絡模塊上都並聯有兩個精度為0.1％的精密電阻，每個子網絡模塊的輸出端分別連接通道模塊中對應的子通道。

其中，所述分壓網絡模塊上設置有八個子網絡模塊，八個子網絡模塊分別對應8個子通道。

其中，所述主控晶片採用at89c51，模擬量輸出模塊、分壓網絡模塊以及通道模塊分別集成在一個模擬開關晶片中，所述模擬開關晶片採用max4581，主控晶片的其中三個輸出端與模擬開關晶片的三個輸入端電連接，主控晶片的三個輸出端的電平變化控制模擬開關晶片上對應的八個子通道的輸出。

其中，所述模擬轉換器包括模擬轉換晶片ad7792以及兩個分壓電阻和一個濾波電容，兩個分壓電阻連接在模擬轉換晶片與開關晶片之間，所述濾波電容並聯在兩個分壓電阻之間，所述模擬轉換晶片的輸出端與主控晶片at89c51電連接。

本發明還公開一種自動校準plc模擬量輸出模塊的方法，包括：

主控晶片上電復位；

主控晶片檢測是否有啟動校準模擬量輸出模塊的指令；

當啟動校準模擬量輸出模塊時，主控晶片通過串行通信控制模擬量輸出模塊的特定通道模塊輸出特定電壓信號或電流信號；

主控晶片控制該通道對應的通路導通，並讀取模數轉換器的值；

主控晶片存儲有差值範圍表，對比模數轉換器的值與輸出特定信號的大小；

根據對比值的大小，調整模擬輸出模塊輸出的電壓信號或電流信號的大小。

其中，當差值在輸出誤差範圍內，則認為此通道已校準完成；

當差值不在輸出誤差範圍內，則進一步判斷差值的大小；

當模數轉換器的值比較小，則增大模擬量輸出模塊輸出的電壓信號或電流信號，反之，則減小模擬量輸出模塊輸出的電壓或電流信號，並重複上述過程直到所有通道都得到校準。

其中，當啟動校準模擬量輸出模塊時，主控晶片首先通過串行通信設置模擬量輸出模塊為電壓信號的輸出，再控制與主控晶片連接的發光二極體燈滅，然後進行模擬量輸出模塊的校準；

完成電壓信號的輸出後，主控晶片通過串行通信設置模擬量輸出模塊為電流信號輸出，再控制提示完成的發光二極體燈滅，然後進行模擬量輸出模塊的校準。

其中，校準模擬量輸出模塊的電流信號或者電壓信號時，採集模數轉換器只有一個模數轉換通道，同一時間內只校準其中一個通道，

其中，在每個模數轉換的分步驟中，主控晶片首先通過串行通信控制模擬量輸出模塊其中一個通道輸出滿量程預置值，切換模擬開關晶片對應的通路導通；

等待100ms使模擬量輸出信號避開信號從模擬量輸出到信號採集模塊的傳輸延時後，單片機再去讀取模數轉換器的值，與滿量程值進行對比；

如果對比差值在允許誤差範圍內，則表示本通道校準完成，隨後進行下一通道的校準，直到模擬量輸出模塊的各個通道都得到校準；

如果對比值差不在允許誤差範圍內，再對比讀取到模數轉換器的值是否比滿量程值大；

如果偏大，則控制模擬量輸出模塊當前校準通道輸出更小的值，並進行重複上述校準流程；

如果偏小，則控制模擬量輸出模塊當前校準通道輸出更大的值，並進行重複上述校準流程。

當模擬量輸出模塊的所有通道都得到校準後，控制發光二極體常亮提示模塊校準完成。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明的自動校準plc模擬量輸出模塊的裝置結構簡單，在硬體方面只需在主控晶片上連接一個模擬開關晶片，再將一個模擬轉換器同時連接主控晶片和模擬轉換器，通過相關的軟體控制，即可實現自動校準，硬體控制簡單，軟體設置上也相對簡單，但本發明的設計提高了產品的生產時的效率和準確率，實現了自動校準功能，提高了校準效率，降低了錯誤率。通過本發明的設計，在進行plc模擬量輸出校準時人工幹預少，操作人員只要按下啟動按鍵，便可以在結束後通過查看發光二極體的狀態來判定是否校準通過，校準期間不需要人工幹預。

附圖說明

圖1為本發明實施例的自動校準模塊示意圖；

圖2為本發明實施例的分壓網絡模塊示意圖；

圖3為本發明實施例的通道模塊結構圖；

圖4為本發明實施例控制電路原理圖；

圖5為本發明實施例自動校準的方法總框圖；

圖6為本發明實施例校準模擬量輸出模塊子程序流程圖。

具體實施方式

為了更清楚地表述本發明，下面結合附圖對本案作進一步地描述。

請參閱圖1，本發明公開一種自動校準plc模擬量輸出模塊的裝置，包括：

主控晶片：通過串行通訊接口控制模擬量輸出模塊輸出類型以及輸出信號的大小，主控晶片存儲有差值範圍表並對比模擬轉換器的值與輸出特定信號的大小；

模擬量輸出模塊：在主控晶片的控制下，輸出相應大小的電壓信號或電流信號；

分壓網絡模塊：把輸入的電壓信號或電流信號分壓到模數轉換器可以接受的輸入範圍；

通道模塊：對應分壓網絡模塊，供分壓網絡模塊分壓的值通過不同的通道流入到模數轉換器中；

模數轉換器：將通道模塊中流入的模擬電壓信號或者模擬電流信號轉換成數字電壓信號或者數字電流信號，再輸入到主控晶片中進行對比。

在本實施例中，請參閱圖2，分壓網絡模塊設置有八個子網絡模塊，每個子網絡模塊上都並聯有兩個精度為0.1％的精密電阻，即共有16個精密電阻，每個子網絡模塊的輸出端分別連接通道模塊中對應的子通道。對應的，子通道設置有八個，參閱圖3中主控晶片與通道模塊串行通信示意圖，通道p0-p7為電壓信號或電流信號的輸出通道，在通道模塊上還設置有24v的電壓輸入通道，接地通道以及兩個懸空的通道。

在本實施例重，分壓網絡的主要功能是把輸入的電壓信號或電流信號分壓到模數轉換器可以接受的輸入範圍。如：工業上常用的模擬量輸出信號有-10v～10v和-20ma～+20ma。當-10v～10v接入到第一個通道p0端子時，經過r1和r2構成的分壓網絡，代入具體電阻值，得到ain0的電壓為-2.63v～2.63v。

當-20ma～+20ma接入到第一個通道p0端子時，經過r1和r2構成的分壓網絡，可以知道ain0的電壓＝(-20ma～+20ma)*r2,代入具體電阻值，得到ain0的電壓為-2.5v～2.5v。

請參閱圖4，在本實施例中，主控晶片採用at89c51晶片，模擬量輸出模塊、分壓網絡模塊以及通道模塊分別集成在一個模擬開關晶片中，模擬開關晶片採用max4581，主控晶片的p10引腳、p11引腳與p12引腳分別與模擬開關晶片的a引腳、b引腳以及c引腳電連接，主控晶片通過這三個引腳的不同信號的輸入來控制模擬開關晶片的八個通道的工作，例如：當p10輸出高電平，p11與p12輸出低電平時，將選擇模擬開關u1的第二個通道x1與其輸出x導通，即實現了信號經分壓網絡分壓後的信號ain1傳輸到模數轉換器ad7792的輸入端，其他幾個信號通道的控制原理也一樣。

在本實施例中，模擬轉換器包括模擬轉換晶片ad7792以及兩個分壓電阻r19和r18的分壓限流和一個濾波電容c4，兩個分壓電阻連接在模擬轉換晶片與開關晶片之間，濾波電容c4並聯在兩個分壓電阻r19和r18之間，模擬轉換晶片ad7792的低電平的cs引腳、sclk引腳、din引腳以及dout/rdy引腳與主控晶片at89c51電連接，經過模擬轉換晶片ad7792的模擬信號轉數位訊號後，輸入到主控晶片中進行對比分析判斷。

在本實施例中，主控晶片u2還包括一個由電阻r17與電容c3構成的復位電路，該電路用於給主控晶片u2上電復位；同時，電容c1、電容c2、與晶體振蕩器x1構成振蕩電路，該電路用於給單片機u2提供工作時鐘。

在本實施例中，主控晶片u2上還連接有按鍵式開關s1，按鍵式開關s1給主控晶片提供啟動校準信號，由於本實施例所用的主控晶片u2的特性，在沒有按下開關s1時，主控晶片u2識別到高電平信號輸入，按下開關s1後，主控晶片u2識別到低電平信號，主控晶片通過識別到從高變低的下降沿電平信號，從而認為啟動信號有效，從而啟動自動校準模塊。在本實施例中，電阻r20與發光二極體d1構成校準結果提示電路，電阻r20起到限流作用，當校準完成時，單片機控制發光二極體d1常亮。

請參閱圖5，本發明還公開一種自動校準plc模擬量輸出模塊的方法，包括：

主控晶片上電復位；

主控晶片檢測是否有啟動校準模擬量輸出模塊的指令；

當啟動校準模擬量輸出模塊時，主控晶片通過串行通信控制模擬量輸出模塊的特定通道模塊輸出特定電壓信號或電流信號；

主控晶片控制該通道對應的通路導通，並讀取模數轉換器的值；

主控晶片存儲有差值範圍表，對比模數轉換器的值與輸出特定信號的大小；

根據對比值的大小，調整模擬輸出模塊輸出的電壓信號或電流信號的大小。

其中，當差值在輸出誤差範圍內，則認為此通道已校準完成；

當差值不在輸出誤差範圍內，則進一步判斷差值的大小；

當模數轉換器的值比較小，則增大模擬量輸出模塊輸出的電壓信號或電流信號，反之，則減小模擬量輸出模塊輸出的電壓或電流信號，並重複上述過程直到所有通道都得到校準。

當啟動校準模擬量輸出模塊時，主控晶片首先通過串行通信設置模擬量輸出模塊為電壓信號的輸出，再控制與主控晶片連接的發光二極體燈滅，然後進行模擬量輸出模塊的校準；

完成電壓信號的輸出後，主控晶片通過串行通信設置模擬量輸出模塊為電流信號輸出，再控制提示完成的發光二極體燈滅，然後進行模擬量輸出模塊的校準。

請參閱圖6，校準模擬量輸出模塊的電流信號或者電壓信號時，採集模數轉換器只有一個模數轉換通道，同一時間內只校準其中一個通道，

在每個模數轉換的分步驟中，主控晶片首先通過串行通信控制模擬量輸出模塊其中一個通道輸出滿量程預置值，切換模擬開關晶片對應的通路導通；

等待100ms使模擬量輸出信號避開信號從模擬量輸出到信號採集模塊的傳輸延時後，單片機再去讀取模數轉換器的值，與滿量程值進行對比；

如果對比差值在允許誤差範圍內，則表示本通道校準完成，隨後進行下一通道的校準，直到模擬量輸出模塊的各個通道都得到校準；

如果對比值差不在允許誤差範圍內，再對比讀取到模數轉換器的值是否比滿量程值大；

如果偏大，則控制模擬量輸出模塊當前校準通道輸出更小的值，並進行重複上述校準流程；

如果偏小，則控制模擬量輸出模塊當前校準通道輸出更大的值，並進行重複上述校準流程。

當模擬量輸出模塊的所有通道都得到校準後，控制發光二極體常亮提示模塊校準完成。

本發明的優勢在於：

1、本發明的自動校準plc模擬量輸出模塊的裝置結構簡單，在硬體方面只需在主控晶片上連接一個模擬開關晶片，再將一個模擬轉換器同時連接主控晶片和模擬轉換器，通過相關的軟體控制，即可實現自動校準；提高了產品的生產時的效率和準確率，實現了自動校準功能，提高了校準效率，降低了錯誤率，從而提高產品的質量；

2)硬體控制簡單，軟體設置上也相對簡單，在進行plc模擬量輸出校準時人工幹預少，操作人員只要按下啟動按鍵，便可以在結束後通過查看發光二極體的狀態來判定是否校準通過，校準期間不需要人工幹預。

以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但是本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護範圍。