模拟量输入输出系统
PLC调试中常见的模拟量输入输出校准问题及解决方案
PLC调试中常见的模拟量输入输出校准问题及解决方案在工业自动化控制系统中，可编程逻辑控制器（PLC）是一个重要的设备，负责监测和控制各种过程。
模拟量输入输出模块是PLC中至关重要的部分，用于读取和输出模拟量信号。
然而，在PLC调试过程中，经常会遇到模拟量输入输出校准问题。
本文将介绍几个常见的模拟量输入输出校准问题，并提供相应的解决方案。
一、零点漂移问题在PLC调试过程中，模拟量输入输出模块的零点漂移是一个常见的问题。
零点漂移是指模拟量输入输出模块在没有输入信号或输出为零时，输出值不为零的情况。
这可能导致系统误差，影响整个控制过程的准确性。
解决方案：1. 确保输入信号源处于零点状态。
检查传感器、变送器等设备的零点校准，确保输入信号源输出的模拟量为零。
2. 检查输入信号线路。
排除信号线路故障，例如断线、接触不良等情况。
可以使用万用表或示波器检测信号线路的连通性，并重新连接或更换有问题的线路。
二、量程偏移问题模拟量输入输出模块的量程偏移是指模块的输入输出范围与实际应用范围不一致的情况。
这可能导致模块无法准确读取或输出信号，从而影响控制系统的运行。
解决方案：1. 确定量程设置。
检查PLC程序中模拟量输入输出模块的量程设置是否正确。
根据实际应用要求，调整输入输出模块的量程范围，使其与实际信号范围相匹配。
2. 检查量程设置参数是否正确。
对于某些模拟量输入输出模块，需要手动设置量程参数，例如最小值、最大值等。
确保这些参数与实际应用需求一致，并进行相应的设置。
三、传感器误差问题传感器是模拟量输入输出模块的重要组成部分，常用于测量温度、压力、流量等物理量。
然而，传感器的误差可能导致模块读取的信号不准确，从而影响整个控制系统的性能。
解决方案：1. 校准传感器。
使用专业的仪器设备，对传感器进行定期的校准操作。
校准过程可以根据设备制造商提供的校准方法进行，以确保传感器输出的模拟量是准确的。
2. 检查传感器的接线。
排除传感器接线松动、接点氧化等问题，确保传感器与模拟量输入输出模块的连接可靠稳定。
模拟量输入输出
8253/ 8254
脉冲 频率
拟
信 号
MPU
ADC/DAC
Ｖ／Ｉ
模拟量转换与I/O通道
1. 模数转换--ADC 数模转换--DAC Analog to Digital Converter/ Digital to Analog Converter 2. 模入与模出通道的组成： 输入通道: (高精度测量,1%~0.05%,可分时采样,同步采样)
信号调理
检测/控制 传感器 变送器 执行机构
A/D D/A
数字量
输入调理
显示器
微 机 主 机
I/O接口
V/I变换
I/O接口 I/O接口
DI
电平变换 功放驱动
传感器
执行机构
DO
频率、其他 I/O接口 变换 信号处理
过 程 对 象 ︵ 被 控 对 象 ︶
传感、执行
模拟量I/O接口
模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型： 过程控制、各类监控/自动化系统 转换输入输出:实验P22输入：V/F计数器------输出：计 数器F/V(LM331)；PWM调宽（时间） T/C F/V V/F 模
;???
多路转换器Multiplexer(MUX)
用途（作用）:信号复用 机械（干簧继电器、水银R等）：导通电阻小，断开高阻隔离， 百万次，400HZ 电子模拟开关：晶体管、场效应管、IC导通电阻大（几十 （百）欧姆），断开高阻不独立，隔离？(信号限制--共模电压) 高速 Analog Multiplexer----N-1，1-N 分时使用1端器件 典型MUX芯片 单向/双向 CD4051B 8-1 双向，带INH端（=0使能）； LF13508（NSC）/DG508 8-1; LF13509 差分输入四选一 AD7501/3八选一单向(7501EN=0/7302EN=1);CD7502双四选一 逻辑关系简单：通道选择信号需外加锁存；电平匹配问题 CMOS+5时TTL兼容；+15V时HTL
模拟量输入输出系统原理(共8张PPT)
电压形成
二
次
侧
电压形成
来
ALF ALF
多
S/H
路
转 换
A/D
开
S/H
关
重庆电力高第等3页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
EDCS-7000型（6U）模拟量输入板
电压、电流 变换器
重庆电力高第等4页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理
采样保持（S/H）电路
模拟量输入/输出系统原理
重庆电力高第等8页，专共8科页。学校
模拟量输入/输出系统原理 模数转换的基本原理框图
模数转换的基本原理框图 EDCS-7000型（6U）模拟量输入板
出不变。
模拟量输入/输出系统原理
是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟一数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。
是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟一数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。
重庆电力高第等5页，专共8科页。学理
采样保持（S/H）电路
重庆电力高第等6页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理
模数转换的基本原理框图
重庆电力高第等7页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理 三位转换器的二分搜索法示意图
模拟量输入/输出系统原理
第1页，共8页。
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理
模拟量输入/输出系统组成部分
电
压 形 成 回 路
模 拟
滤
波
回 路
采 样 保 持 (S/H)
多
路 转
模拟量的输入输出原理
硬件设置
1).每个模拟量模块可以选着不同的测量类型和范围， 通过量程卡上的适配开关可以设定测量的类型和 范围。 2).没有量程卡的模块具有适应电压和电流测量的不 同接线端子，通过正确的连接可以设置测量的类 型。 3).设置类型：A(热电阻、热电偶) B(电压) C(四线制电流) D(二进制电流)
模拟量输入模块 SM331
1).用于将模拟量信号转换为CPU内部处理的 数字信号主要成分是A/D转换器。 2).输入的信号一般是模拟量变送器输出的标 准直流电压、电流信号。（0~5V,4~20mA) 3).可以直接与温度传感器相连，但这次试验 中为了显示当前温度采用了AI818变送及显 示功能。 4).外壳上有LED指示灯可以用于显示故障错 误且前面板有标签可以标注。
模拟量输出模块SM332
1).用于将CPU送给的数字信号转换为成比列 的电流信号或电压信号。 2).各通道均有模拟量输出都有故障指示灯， 可以读取诊断信息。 3).由负载和执行器提供器提供电流和电压。 4).额定负载电压均为DC24V,最大短路电流为 25mA,最大开路电压为18V。
模拟量输出模块接线图
模拟量的输入输出原理
制作人
PLC信号模块
模拟量: 在时间上或数值上都是连续的物理量称为， 模拟量 在时间上或数值上都是连续的物理量称为，一般模拟量
输入输出分别用AI/AO表示。 表示。 输入输出分别用 表示 通常用通道表示一路输入信号。 通常用通道表示一路输入信号。
模拟信号模块：输入模块 模拟信号模块：输入模块SM331 输出模块SM332 输出模块 输入输出SM334/SM335 输入输出 数字信号模块: 输入模块SM321 数字信号模块 输入模块 输出模块SM322 输出模块 输入输出SM323 输入输出
PLC调试中如何处理模拟量输入输出问题
PLC调试中如何处理模拟量输入输出问题在PLC调试中，处理模拟量输入输出问题是一个重要的技巧。
模拟量输入输出在工业控制领域中起着至关重要的作用，它们可以帮助我们获取和控制温度、压力、流量等模拟信号。
然而，由于各种因素的干扰，模拟量输入输出问题常常会导致系统不稳定或运行异常。
本文将探讨如何处理PLC调试中的模拟量输入输出问题。
第一，了解PLC模拟量输入输出模块的工作原理。
PLC通常配备有模拟量输入模块和模拟量输出模块，它们通过模拟量信号进行数据的输入和输出。
模拟量输入模块用于将模拟信号转换为数字信号，并输入给PLC处理；模拟量输出模块则将PLC输出的数字信号转换为模拟信号，控制外部设备。
了解模块的工作原理，可以帮助我们更好地理解问题所在。
接下来，应注意信号质量的检测和保证。
模拟量信号的质量直接影响着PLC的稳定性和准确性。
因此，在调试过程中应该确保信号的稳定性和准确性。
我们可以使用示波器或者多用途测试仪等工具来检测信号的波形和幅度，确保其在合理范围内。
此外，还要注意信号的干扰问题，如电磁干扰、信号线路的接地问题等，可以通过合理布线和屏蔽措施来减少干扰。
另外，校准和调整模拟量输入输出模块也是必不可少的步骤。
在调试前，我们应对模块进行校准和调整。
对于模拟量输入模块，可以通过校准来确保模块对模拟信号转换的准确性；对于模拟量输出模块，可以通过调整来确保PLC输出的数字信号能够精确控制外部设备。
对于不同的模块，校准和调整的方法和步骤可能会有所不同，我们可以参考相关的技术手册或联系供应商来获取具体步骤。
此外，合理配置采样频率和分辨率也是处理模拟量输入输出问题的关键。
采样频率指的是PLC对模拟信号进行采样的频率，分辨率指的是PLC将模拟信号转换为数字信号的精度。
在调试中，应根据具体的应用需求来合理配置采样频率和分辨率。
如果采样频率过低或者分辨率过低，可能会导致数据丢失或者精度不高；如果采样频率过高或者分辨率过高，可能会增加系统的负荷和成本。
模拟量的输入输出讲解
工作时序
ADDA ～ ADDC
①
地 锁址 存② ALE/START
③ 启动
EOC
④
OE
转换时间
⑤
D0 ～ D7
3232
ADC0809的工作过程
根据时序图，ADC0809的工作过程如下：
① 把通道地址送到ADDA～ADDC上，选择模拟 输入；
② 在通道地址信号有效期间，ALE上的上升沿将 该地址锁存到内部地址锁存器；
/WR2=0、/XFER=0 优点：数据接收与D/A转换可异步进行；
可实现多个DAC同步转换输出——
分时写入、同步转换
8 12
VREF IOUT2
11
IOUT1
9 Rfb
3 AGND(模拟地) 20 VCC(+5V或+15V） 10 DGND（数字地）
1616
1717
输入 D0 数据 D7
5V/255=19.6mV 量化误差: 用数字（离散）量表示连续量时，由
于数字量字长有限而无法精确地表示连续量所造 成的误差。(字长越长，精度越高)
2727
主要技术指标（续）
绝对量化误差 = 量化间隔/2 = (满量程电压/(2n1))/2 相对量化误差 = 1/2 * 1/量化电平数目 * 100%
D0 ～ D7
写输入 寄存器
CS
WR1 ILE（高电平）
写DAC
WR2
寄存器 XFER
（模拟输出电流变化）
1414
工作方式
单缓冲方式
使输入锁存器或 DAC寄存器二者 之一处于直通。
CPU只需一次写 入即开始转换。 控制比较简单。
输入 D0 数据 D7
模拟量输入、输出通道
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
模拟量输入输出模块参数
模拟量输入输出模块是工业自动化系统中常见的一种设备，用于实现模拟信号的输入和输出。
以下是模拟量输入输出模块的一些主要参数：
1.输入范围：模块的输入范围是指其可以接收的模拟信号的最大和最小值。
这
个范围通常是根据模块的规格和设计要求来确定的。
2.分辨率：分辨率是指模块在模拟信号转换过程中能够分辨的最小变化量。
它
通常用位数来表示，例如12位或16位等。
分辨率越高，模块对模拟信号的精度就越高。
3.采样速率：采样速率是指模块在单位时间内对模拟信号进行采样的次数。
采
样速率越高，模块对模拟信号的响应速度就越快。
4.输出类型：模块的输出类型是指其能够输出的模拟信号的类型。
常见的输出
类型有电压输出和电流输出等。
5.输出范围：模块的输出范围是指其可以输出的模拟信号的最大和最小值。
这
个范围通常是根据模块的规格和设计要求来确定的。
6.线性度：线性度是指模块在输入和输出之间保持线性关系的能力。
线性度越
高，模块对模拟信号的响应就越准确。
7.噪声和漂移：噪声和漂移是指模块在输入和输出过程中引入的误差。
这些误
差会对模拟信号的精度产生影响，因此需要控制在一定的范围内。
总之，模拟量输入输出模块的参数需要根据实际应用需求进行选择和配置，以确保其能够准确、快速地实现模拟信号的输入和输出。
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• 典型的模拟量输入通道由以下几部分组成。 • 1.传感器 • 能够把生产过程的非电量物理量转换成电量(电流或电压)的器件称为
传感器。 • 在电厂和变电站或其他工业过程控制中，有些电量，如电流、电压等
电信号均属于强电信号，不能直接输入模/数(A/D)转换器，必须经过 电流或电压互感器变成弱电信号，这些互感器可认为是广义的传感器。
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单元一 模拟量输入/输出通道的组成
• 由于转换器需要一定的转换时间，在转换期间，输入的待转换的数字 量应该保持不变，而计算机输出的数据，在数据总线上稳定的时间很 短，因此，在计算机与D/A转换器间必须用锁存转换器来保持数字量 的稳定。经过D/A转换器得到的模拟信号，一般要经过低通滤波器， 使其输出波形平滑，同时，为了能驱动受控设备，可以采用功率放大 器作为模拟量输出的驱动电路。
单元一• 这是模拟量输入通道的核心环节。其作用是将模拟输入量转换成数字
量，以便由计算机读取，进行分析处理。
• 二、模拟量输出通道的组成
• 计算机输出的信号是以数字的形式给出的，而有的执行元件要求提供 模拟的电流或电压，故必须采用模拟量输出通道来实现。模拟量输出 通道的组成见图2-1的虚线框2，它的作用是把微型计算机输出的数字 量转换成模拟量，这个任务主要是由数/模(D/A)转换器来完成。
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单元二 采样及采样保持电路
• 电力系统中的模拟量有三种形式:其一是快速变化的交流电流、交流 电压等交流量;其二是变化缓慢的控制母线及操作母线直流电压量;其 三是变化缓慢的非电量。
• 一、采样及采样方式
• 1.采样 • 计算机只能对数字信号进行处理，故对输入的模拟信号应进行采样，
以获得用数字量表示的时间序列。此过程即为量化过程。量化包括两 个过程:第一个过程是把时间的连续信号按一定的时间间隔变成时间 的离散序列，称为时间取量化;第二个过程是逐一将这些离散时间信 号电平转换为二进制数表示的数字量，称为幅值取量化。
幅度每隔T采样一次(定时采样)，并把它存放在保持电路内，供A/D转
换器使用，经过采样的信号称为离散时间信号，它只表达时间轴上一
些离散点
上的信号值
，…，
从而得到一组特定时间下表达数值的序列。
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单元二 采样及采样保持电路
• 2.采样方式 • (1)单一通道的采样方式:根据采样点的位置以及采样间隔时间与输入 • 波形在时间上的对应关系，分为异步采样和同步采样。 • ①异步采样，也称定时采样。间隔采样周期T永远保持固定不变，即
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单元一 模拟量输入/输出通道的组成
• 2.信号处理环节 • 通常A/D转换器的输入有以下几种电压等级:双极性为-2. 5~+2. 5 V，-
5~+5 V，-10~+10 V等;单极性为0~5 V, 0~10 V, 0~20 V等。不同传 感器的输出电信号各不相同，因此，需要经过信号处理环节将传感器 输出的信号放大或处理成与转换器所要求的输入相适应的电压水平。 • 另外，传感器与现场信号相连接，处于恶劣的工作环境，其输出叠加 有干扰信号。因此，信号处理包括低通滤波电路，以滤去干扰信号。 通常可采用RC低通滤波器，若采用运算放大器构成的有源滤波电路， 可以取得更好的滤波效果。 • 3.多路转换开关
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单元一 模拟量输入/输出通道的组成
• 有的生产厂家生产出电压、电流、功率等变送器，将变电站、发电厂 的电压互感器和电流互感器输出的交流电压、电流等强电信号直接转 换成介于转换器-5~+5V之间的直流电压信号，这些电压、电流变送 器的输出可以直接与其成比例。对于将非电量转换为电量的传感器， 因转换结果大多数为弱电信号，为了避免低电平模拟信号给信号处理 环节带来麻烦，一些研究部门和生产厂家已研究生产出各种变送器， 将传感器输出的微弱电信号或电阻值等非电量转换成4~20 mA统一电 流信号或0~5V的电压信号，这些变送器有温度变送器、压力变送器、 流量变送器等。现场的物理量(温度、压力、流量等)通过这些变送器 很容易与A/D转换器相联系。
Ts=常数。采样频率关不随模拟输入信号的基波频率的变化而调整， 人为地认为模拟输入信号的基波频率不变。此种情况下，采样频率 fs=1/Ts，通常取为电力系统工频50 Hz的整数倍(N)，即fs=50N (Hz)。 但是在电力系统运行中，基波频率可能偏离工频，事故状态下偏离甚 至很严重，采样频率相对于基频不再是整数倍数关系，这使得N个采 样值不再是模拟输入信号的一个完整的周期采样，即采样脉冲和输入 信号时间位置发生异步。这将给许多算法带来误差。
于输入模拟信号是连续变化的，而A/D转换器完成一次转换是需要时 间的，这段时间称为转换时间。不同类型的A/D转换芯片，其转换时 间不同。对于变化较快的模拟输入信号来说，如果不采取措施，将会 引起转换误差。为了保证转换精度，可采用采样保持器，以便在A/D 转换期间，保持采样输入的信号大小不变。
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单元一 模拟量输入/输出通道的组成
• 在变电站中，要监测或控制的模拟量不止一个，即需要采集的模拟量 一般比较多。为了简化电路，也为了节约投资，可以用多路模拟开关， 使多个模拟信号共用一个采样保持器和A/D转换器进行采样和转换。
• 4.采样保持器 • 在进行A/D采样期间，保持输入信号不变的电路称采样保持电路。由
模块二 模拟量输入/输出系统
• 单元一模拟量输入/输出通道的组成 • 单元二采样及采样保持电路 • 单元三多路转换开关 • 单元四数/模转换器 • 单元五模/数转换器 • 单元六VFC式数据采集系统
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单元一 模拟量输入/输出通道的组成
• 模拟量输入/输出通道的结构框图如图2-1所示，图中虚线框1为模拟 量输入通道，虚线框2为模拟量输出通道。
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单元二 采样及采样保持电路
• 时间取量化的过程称为采样，即在给定的时刻对连续信号进行测量。
采样是将一个连续的时间信号x(t)变成离散的时间信号。从信号处理
的观点来看，采样的过程可以看成是用采样序列s(t)与连续信号x(t)相
乘后得到的一个新的信号xs(t)，即
• 采样过程是将模拟信号x(t)首先通过采样保持器，对输入信号的即时