基于FX0N-3A模块的压力测量研究

 

在工业自动化领域，压力、温度、流量、速度等等都是需 要实时监测的物理量，这些物理量一般需经过单片机、PLC 等控制器处理成数字量后，才能在计算机或触摸屏上显示 并记录下来。但这些物理量都是模拟量，需要经过模拟量 输入输出模块，才能传送给控制器处理。 

 

本文用 FX0N-3A 模拟量输入输出模块实现水压的实时 监测[1-3]。FX0N-3A 是三菱 PLC 模拟量输入输出模块，具有 8 位二进制分辨率，2 通道模拟量输入和 1 通道模拟量输出，可 以进行 2 通道的电压输入（DC0 ～ 10 V、DC0 ～ 5 V), 或者电 流输入(DC4 ～20mA)，1 个通道的模拟量输出可以是电压输 出（DC0 ～ 10 V) 或者电流输出(DC4 ～ 20mA)。

 

1 压力测量方案 

 

随着城镇化建设的不断推进，越来越多的人涌入城市， 城市中高层建筑如雨后春笋般拔地而起，城市居民生活用 水是目前亟需解决的问题，变频恒压供水系统是目前城市 #流行的生活用水供水方式，其中，供水管道压力是一个需 要实时监测的关键参数。 

 

本文用三菱 FX1N-40MR 型 PLC 作为控制器，结合 FX0N-3A 模拟量输入输出模块，来监测供水管道压力，并 显示和记录在计算机上，压力测量方案如图 1 所示。

压力传感器选用扩散硅压力变送器，用于采 集水压信号，一方面将压力信号转换成电流信号，传送给FX0N-3A 模块，进行后续的数据处理；另一方面，其上的数 显表可以显示实时压力值，与计算机中显示压力值进行对 比，以验证压力监测系统的准确性。

FX0N-3A 模块包含两路输入通道和一路输出通道，输 入通道将外部的模拟信号转换成内部的数字信号（A/D 转 换），而输出通道将内部的数字信号转换成外部的模拟信号 （D/A 转换），在测量压力之前，需要对 FX0N-3A 模拟量输 入输出模块进行偏置与增益调整。

 

 2 FX0N-3A 模块的调整 

FX0N-3A 模拟量输入输出模块使用 3 种模拟量输入 输出格式，其中有 2 种是电压输入输出格式，1 种是电流输 入输出格式，根据连线方式的差异，可以选择电流或是电压 作为模拟量输入输出信号，本次偏置与增益的调整方式采 用电流输入输出格式，电流量程是 4 ～ 20 mA。

 

 经过调试，FX0N-3A模块的A/D转换实际所能达到的 #大数值与输入电流的大小有关，若要达到FX0N-3A模块 的 A/D 转换理论#大值 255，输入电流至少为 22.5 mA。因 电流输入量程是 4 ～ 20 mA，A/D 转换值无法达到 255，本 文设定输入电流为 20 mA 时，FX0N-3A 模块 A/D 转换值 为 215，分辨率为 0.074 mA，如图 2 所示。

 

 2.1 输出通道的调整

向三菱PLC模块中写入程序如图4所示，运行并监控PLC。

2.1.1 偏置调整

使 X0=ON，X1=OFF，此时将数字量“1”进行 D/A 转 换，调节“D/A OFFSET”旋钮，使模拟电流输出值为 4.074 mA。 

 

2.1.2 增益调整 

 

使 X0=OFF，X1=ON，此时将数字量“215”进行 D/A 转 换，调节“D/AGAIN”旋钮，使模拟电流输出值为 20.000mA。至 此，输出通道已调整完毕。 

 

2.2 输入通道的调整 

用 FX0N-3A 模块的电流模拟量输出通道作为电流发 生器，将电流输出通道连接到一路输入通道上，连线如图 5 所示，当使用电流输入时，应确保电流输入端子[IIN*]和电 压输入端子[VIN*]短接。

 

向三菱PLC模块中写入程序如图 6，运行并监控PLC。

 

 2.2.1 偏置调整 

使 X0=ON，X1=OFF，将数字量“1”进行 D/A 转换，此时输出通道电流为 4.074 mA。使 X2=ON，将 4.074 mA 电 流进行 A/D 转换，节“A/D OFFSET”旋钮，使数据寄存器 D01 的数值为 1。

 

2.2.2 增益调整 

使 X0=OFF，X1=ON，将数字量“215”进行 D/A 转换， 此时输出通道电流为 20.000mA。使 X2=ON，将 20.000mA 电 流进行A/D转换，调节“A/D GAIN”旋钮，使数据寄存器D01 的数值为 215。至此，一路输入通道已调整完毕。 两路输入通道使用相同的偏置与增益，当其中一路输入 通道已经调整好，另一通道也被自行调整好，而不用另行调整。 

 

3 水压测量实验 

扩散硅压力变送器的量程是 0 ～ 1 MPa，变 送器的输出电流是 4 ～ 20 mA，FX0N-3A 模块的 A/D 转换 值对应为 0 ～ 215，三者之间的换算关系见表 1。

 

根据压力测量方案，搭建好压力监控系统，通电实验 后，计算机中显示的实时压力值和压力变送器的显示值 如图 7 所示，从图中可以看出，两者是完全一致的。 

 

4 结论

本文介绍了楼宇供水压力监控系统方案，阐述了 FX0N-3A 模拟量输入输出模块的校准方法。通过实验对 比，验证了该方法的准确性和可行性，为该方法在变频恒压 供水系统中的推广提供有力支撑。