1．引言

隨著工業(yè)控制技術(shù)的普及與提高，各類自動(dòng)化產(chǎn)品和電氣化儀器表日益向智能化方向發(fā)展。對(duì)于一些特定的測(cè)量與控制系統(tǒng)或設(shè)備．不但要求具有精確的實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)處理，打印顯示等功能，而且還應(yīng)具備存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換等功能。在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，被控制或被測(cè)量的對(duì)象，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度，壓力，電流等，對(duì)這些模擬量系統(tǒng)數(shù)字控制的第一步就是要對(duì)其進(jìn)行采集。在各類傳感器接收外界信號(hào)的同時(shí)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、通汛、計(jì)算、顯示輸出，實(shí)時(shí)地反映傳感器的信號(hào)變化和了解被測(cè)目標(biāo)的特性，是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、實(shí)地測(cè)量、信息預(yù)報(bào)的重
要手段。

現(xiàn)行的工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)存在很多問(wèn)題和不足，現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用是改善這一傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程的有效途徑，但裝置中涉及的物理量參數(shù)范圍廣，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范繁雜，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式多樣，工況環(huán)境惡劣，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、采集精度、數(shù)據(jù)處理能力和實(shí)時(shí)通訊等都有一定的要求，而模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵之一。

2．模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般可以分為兩類：

(1)基于AT89C52和AD574的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。AT89C52是廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)嵌入式控制系統(tǒng)的單片機(jī)，AD574是12位逐次逼近型帶有三態(tài)輸出緩沖電路的高精度A/D轉(zhuǎn)換器，利用此二者作為前向通道可以設(shè)計(jì)具備處理速度快，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)迅速可靠，輸出靈活的高性能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)技術(shù)含量高，專業(yè)性強(qiáng)，開發(fā)周期長(zhǎng)，在一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不易普及。

(2)模塊化的適用于可編程控制器(PLC)的模擬數(shù)據(jù)采集模塊即AI模塊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對(duì)于AI模塊，每路模擬量在PLC中被分配一個(gè)Word型地址，也就是通常所說(shuō)的輸入寄存器，用于記錄當(dāng)前模擬量所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，配合使用組態(tài)軟件，在組態(tài)中定義所需要讀取的PLC中各點(diǎn)的相應(yīng)地址，并把這些地址同組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量相關(guān)聯(lián)，快速提供各類參數(shù)，這樣用戶就可以方便地在組態(tài)軟件中查看工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。采用PLC控制的模擬數(shù)據(jù)采集技術(shù)可以通過(guò)模塊化來(lái)實(shí)現(xiàn)，方便的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和變換，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制準(zhǔn)確可靠，硬件連接簡(jiǎn)單方便，編程簡(jiǎn)練。

采用Phoenix IB IL_AI_8/SF模塊設(shè)計(jì)的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

閥門性能測(cè)試中各項(xiàng)壓力指標(biāo)是測(cè)試的依據(jù)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將對(duì)閥門產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的作用。該模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了英國(guó)天沃泵閥制造有限公司(phoenix)的ILC 150 ETH Inline以太網(wǎng)PLC和IB IL_AI_8/SF Inline模板，通過(guò)組態(tài)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門性能測(cè)試中各項(xiàng)壓力參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。IB IL_AI_8/SF模塊的功能塊為庫(kù)文件AnlogTechnology—IL A18 V2—12功能塊。IB IL_AI_8/SF模塊為8通道模擬量輸入模塊，該模塊硬件接線端子上設(shè)有8路通道，但是其在PCWORX組態(tài)上的過(guò)程數(shù)據(jù)分配只占2個(gè)輸入字(INO，INl)，2個(gè)輸出字(OUT0，OUTl)，由于該模塊的這種物理特性，其性價(jià)比比較高，特別適用于模擬量檢測(cè)實(shí)時(shí)性要求不是太高的環(huán)境(采樣周期>300ms)。OUT0和OUTl是模擬量通道命令字和參數(shù)化字，OUT0包含模擬量通道選擇命令，OUTl為模擬量通道屬性(量程、范圍及精度選擇等)參數(shù)化字。INO為命令字寫下去之后返回來(lái)的結(jié)果，如果INO=OUT0則表示命令字和參數(shù)化已經(jīng)成功，INl為模擬量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^(guò)編寫初始化程序?qū)Ω髯兞抠x值，采用循環(huán)功能分時(shí)檢測(cè)和讀取各個(gè)通道的模擬量的值，該循環(huán)周期為ms級(jí)，完全能夠滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的分時(shí)采集，數(shù)據(jù)輸出等要求。

3．1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置即功能塊的初始化賦值。如圖1所示。IB IL_AI_8/SF模塊使用Interbus相互獨(dú)立的配置各通道，PC WORX編程環(huán)境里，添加如圖所示功能塊，按照功能塊本身的要求定義好功能塊連接的各變量及其類型。

I_INPUT_WORD_IN_0(WORD)：IB IL_AI_8/SF Inline模板的輸入字IN[0]；

I_INPUT_WORD_IN_1(WORD)：IB IL_AI_8/SF Inline模板的輸入字IN[1]；

Q_COMMOND_WORD_0(WORD)：IB IL_AI_8／SF Inline模板的公共字OUT [O]；

Q_COMMOND_WORD_1(WORD)：IB IL_AI_8／SF Inline模板的參數(shù)字OUT [1]。

在過(guò)程數(shù)據(jù)分配中，以上四個(gè)變量分別與對(duì)應(yīng)的IB IL_AI_8／SF Inline模板中的四個(gè)可供分配的過(guò)程數(shù)據(jù)項(xiàng)相連接，分配地址，使模塊處于正常運(yùn)行的工作狀態(tài)。

Active(BOOL)：功能塊使能位。為了使該功能塊處于采集數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)，必須將該變量置為True，在該例中，PLC掃描周期開始即將其賦值為True；

Select(BYTE)：IB IL_AI_8／SF模塊為8通道，Select變量為8位選擇變量，其中第1位代表通道1，第7位代表通道8，可以改變Select里面的值實(shí)現(xiàn)通道有選擇的讀取，同時(shí)可以跳過(guò)閑置通道，直接讀取有用通道值。本例中為了使該功能塊的8通道都有效，賦值為：BYTE#16#FF(8通道均激活)；

Ready(BOOL)：當(dāng)功能塊使能位為True并且各通到有采集數(shù)據(jù)時(shí)，該變量為True，功能塊處于準(zhǔn)備狀態(tài)；

Error(BOOL)：當(dāng)功能塊出錯(cuò)時(shí)，該變量為True；

SelectValid(BOOL)：當(dāng)功能塊各通道都能毫無(wú)錯(cuò)誤的采集數(shù)據(jù)時(shí)，該變量為True；

DiagCode(WORD)：為錯(cuò)誤的診斷代碼，方便用戶查找錯(cuò)誤；

AddDiagCode(WORD)：為擴(kuò)展診斷代碼；

Parameter：通道參數(shù)設(shè)置，類型為UDT_IL_AI_8_Para結(jié)構(gòu)變量，由功能塊自行定義，不需更改。如表1所示，必須對(duì)Parameter結(jié)構(gòu)變量中的5個(gè)屬性進(jìn)行賦值設(shè)置。注意：必需明確各屬性的數(shù)據(jù)類型，在編程賦上正確值。其中的Range信號(hào)類型選擇設(shè)置如圖2所示。

按照以上要求完成該模擬數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)化設(shè)置。本測(cè)試系統(tǒng)中，壓力傳感器模擬量信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的4—20mA Current信號(hào)，則Parameter．Range確定為10；根據(jù)各傳感器的量程及測(cè)量要求分別設(shè)置與各通道對(duì)應(yīng)的Parameter.LoLim和Parameter.HiLim值。

3．2 系統(tǒng)通道模擬量讀取

IB IL_AI_8/SF模塊的各通道實(shí)測(cè)值存放在功能塊中結(jié)構(gòu)化變量Data中，使用時(shí)必須先定義各模擬量通道的目標(biāo)數(shù)據(jù)變量，如圖3所示，必須對(duì)Data變量進(jìn)行設(shè)置，以便獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)輸出。

Data：測(cè)量值和錯(cuò)誤輸出。類型為UDT_IL_Al_8_Para結(jié)構(gòu)變量，由功能塊自行定義，其5個(gè)屬性如表2所示。其中Data．Value變量以實(shí)數(shù)的形式顯示功能塊中各模擬量通道的測(cè)量值。

3．3 模擬量目標(biāo)數(shù)據(jù)輸出

PLC只能存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)，其自身不具備模擬數(shù)據(jù)輸出的功能，這就需要通過(guò)以組態(tài)的方式來(lái)獲取數(shù)據(jù)輸出，因此必須在組態(tài)中定義與PLC中IB IL_AI_8/SF模塊功能塊中的Data(結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)變量相關(guān)的聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)變量。通過(guò)組態(tài)的數(shù)據(jù)輸出和處理能力，可以很方便的顯示與之相關(guān)聯(lián)的Data．Value變量的測(cè)量值，監(jiān)控閥門測(cè)試系統(tǒng)中的各通道壓力值，自動(dòng)控制試驗(yàn)過(guò)程、存儲(chǔ)有效的歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并且可以進(jìn)行在線診斷，精確和快速的定位故障。

4．結(jié)束語(yǔ)

采用計(jì)算機(jī)集中管理的模塊化的模擬數(shù)據(jù)采集方式，具有控制能力強(qiáng)，安全可靠，編程簡(jiǎn)單，使用方便，體積小等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。

基于IB_IL_AI_8的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能完善，能夠同時(shí)處理多種測(cè)量參數(shù)，已成功應(yīng)用于工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)裝置中，并通過(guò)實(shí)際裝機(jī)運(yùn)行驗(yàn)證。

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