模拟量输入模块在制冷系统温度控制中的应用

付惠琪

焦作市技师学院 河南焦作 454003



模拟量输入模块在制冷系统温度控制中的应用

付惠琪

焦作市技师学院 河南焦作 454003

介绍了三菱模拟量输入模块FX2N-4AD-PT的使用方法，论述了这一模块在制冷系统温度控制中的应用，可为相关工作提供参考。

可编程序控制器； 模拟量； 模块； 应用

在工业生产控制过程中，不仅需要控制大量的开关量信号，而且需要控制一些随时间连续变化的模拟量信号，如温度、压力、流量等。其中，温度控制在模拟量控制中应用较多，如各种温控炉、制冷设备、热处理感应加热炉等，都要求可对温度进行实时控制。若使用普通的热电偶或热电阻温度传感器，只能将温度信号转换为非标电量，还要通过变送器将非标电量转换为标准电量，然后再送至模数转换器或其它控制端口。以上方式连接较为繁琐，还会降低系统的稳定性，增加设备成本。

为了方便接入温度传感器，三菱可编程序控制器(PLC)生产商专门开发了温度传感器用模拟量输入模块FX2N-4AD-PT和FX2N-4AD-TC，这两个模块可以直接外接温度传感器，变送功能和模数转换功能均由模块自动实现。PLC与特殊功能模块通过读(FROM)指令和写(TO)指令的程序编制完成信息交换。采用模拟量输入模块将大大提高系统的控制性能，并方便接线[1-2]。

笔者以三菱模拟量输入模块FX2N-4AD-PT为例，介绍模块的使用方法，并探讨模块在制冷系统温度控制中的应用。

1 性能指标

FX2N-4AD-PT模块在FX2N-4AD模块的基础上增加温度转换功能，是高精度温度模拟量输入模块[3-4]，与该模块匹配的温度传感器为PT100铂电阻温度传感器，三线制接线，电阻100Ω，有4个模拟量输入通道。FX2N-4AD-PT的具体性能指标见表1。

表1 FX2N-4AD-PT性能指标

2 接线

FX2N-4AD-PT模块的接线如图1所示。

图1 FX2N-4AD-PT模块接线示意图

应使用三线PT100传感器的电缆或双绞屏蔽电缆作为模拟量的输入电缆，且与电源线或其它可能产生电气干扰的线隔开。

如果存在电气干扰，将外壳接地线端子(FG)连接至FX2N-4AD-PT的接地端，并与主单元接地端连接。主单元可以使用三级接地。

模块电源可以使用PLC的内部24V电源或外部电源。

3 标定

在三菱PLC模拟量控制中，模数、数模转换必不可少。转换前后模拟量和数字量之间存在一定的对应关系，这种对应关系称为标定。FX2N-4AD-PT模块的标定如图2所示，可以选择两种温度标定： 摄氏温度(℃)标定和华氏温度(℉)标定。

图2 FX2N-4AD-PT模块的标定

4 缓冲存储器(BFM)功能分配

BFM是特殊功能模块中的16位存储器，是PLC与外部模拟量进行信息交换的中间单元。三菱PLC模拟量模块的功能应用是通过对BFM各单元的内容设置来完成的，因此，BFM存储单元的内容和功能是学习、应用模块的关键。以下介绍FX2N-4AD-PT模块的BFM功能分配。

4.1 采样字BFM#1～BFM#4

BFM#1～BFM#4依次为CH1～CH4平均值采样次数，称为采样字。采样字的取值范围为1～4096，默认值为8。

4.2 温度读取缓冲存储器BFM#5～BFM#20

FX2N-4AD-PT模块对温度的采样有平均值和当前值两种，每种又分为摄氏温度和华氏温度。

BFM#5～BFM#8依次为CH1～CH4平均摄氏温度读取缓冲存储器。

BFM#9～BFM#12依次为CH1～CH4当前摄氏温度读取缓冲存储器。

BFM#13～BFM#16依次为CH1～CH4平均华氏温度读取缓冲存储器。

BFM#17～BFM#20依次为CH1～CH4当前华氏温度读取缓冲存储器。

上述值的精度为0.1℃和0.1℉。

4.3 数字范围错误缓冲存储器BFM#28

BFM#28为数字范围错误缓冲存储器，主要功能是当CH1～CH4的测量温度过高、热电偶断线或测量温度过低超出模块允许范围时，记录并锁存每个通道的错误信息。

因此，通过读取BFM#28的值就能判断出每个通道曾经发生的错误信息。若想清除错误信息，可用写指令向BFM写入K0或关闭电源。

4.4 错误状态缓冲存储器BFM#29

BFM#29中保存的是发生故障和错误时的状态信息，供查错和保护用。

4.5 模块识别缓冲存储器BFM#30

BFM#30中存放的是特殊功能模块的识别码，FX2N-4AD-PT单元的识别码为K2040。在PLC用户程序中使用这个识别码，可以在数据交换前确认此功能模块。

5 制冷系统温度控制实例

制冷装置，如冷库、冷藏室、中央空调等在工业生产和社会中应用普遍。制冷装置的自动控制系统需要对压力、温度、湿度、流量、液位等参数进行自动检测和调节，其中温度控制是制冷自动控制系统的基本控制。以下通过一个制冷系统温度控制实例来说明三菱FX2N-4AD-PT模拟量输入模块的具体应用。

5.1 控制要求

某制冷装置使用两台压缩机组，系统要求在温度低于12℃时不启动机组，在温度高于12℃时启动一台压缩机，3s后启动另一台压缩机。当温度降低到10℃时停止其中一台机组。要求先启动的一台停止，当温度降到7.5℃时两台机组都停止。温度低于5℃时，系统发出超低温报警[5-7]。

5.2 硬件设计

根据控制要求，该制冷装置的控制系统选用三菱FX2N-48MR型PLC和FX2N-4AD-PT模拟量输入模块，组成模拟量控制系统，实现温度控制。

控制过程为： 利用温度传感器实时检测环境温度，并转换为连续变化的模拟量电信号送入FX2N-4AD-PT模拟量输入模块；FX2N-4AD-PT将模拟量信号转化为数字量信号，并存储于BFM；通过PLC的读指令和写指令编制程序来完成PLC与FX2N-4AD-PT模块的信息交换，实现温度的自动控制，达到控制要求[8-9]。这一制冷系统温度控制硬件接线如图3所示。

图3 制冷系统温度控制硬件接线图

5.3 软件设计

FX2N-4AD-PT模块占用特殊功能模块0号位置，温度采样取平均值，单位为℃，采样次数为6，输入通道选CH1，采样值保存在数据寄存器D10中。FX2N-4AD-PT输入模块的温度读取程序如图4所示[10]。

图4 FX2N-4AD-PT输入模块温度读取程序

在PLC通电瞬间，从输入模块的BFM#30中读取模块识别码，并验证识别码。若识别码正确，则按照要求将输入模块通道1的采样字改为6，并读取输入模块BFM#29的错误状态信息。发生错误时，不能读取温度，Y005输出。没有发生错误，才能读取输入模块通道1的温度平均值至PLC的D20数据寄存器中。

将FX2N-4AD-PT输入模块读取到的温度与控制的要求温度进行比较，并按控制要求启动或停止相应压缩机，实现对制冷系统的温度控制，此部分的温度控制程序如图5所示。

图5 制冷设备温度控制程序

6 结束语

实践证明，制冷设备温度模拟量控制系统选用FX2N-4AD-PT模拟量输入模块，具有结构简单、可靠性高与自动化程度高等优点，并可进行网络化运行，实现了模拟量控制要求，具有实用价值。

[1] 钱振华，王荣扬.铅酸蓄电池极群铸焊工艺及其温度控制的研究[J].机械制造，2013，51(3)： 52-54.

[2] 张文霞.PCC在挤出机温度控制系统中的应用[J].机械制造，2006，44(11)： 72-74.

[3] 李金城.PLC模拟量与通信控制应用实践[M].北京： 电子工业出版社，2011.

[4] 三菱电机.FX系列特殊功能模块用户手册[Z].2006.

[5] 张文毓.低温泵的研究与应用[J].上海电气技术，2016，9(1)： 11-14.

[6] 陈华桩.凝结水泵变频调速控制改造[J].上海电气技术，2013，6(1)： 41-45.

[7] 王敏.国内外压缩机技术发展研究[J].装备机械，2015(1)： 69-73.

[8] 卢建洲.PLC控制系统模拟量信号的数值整定[J].电工技术，2009(6)： 37-38.

[9] 覃贵礼，敖茂尧，覃娟.基于三菱FX2N-4AD-PT模拟量模块在温度控制中的应用[J].装备制造技术，2009(8)： 90-91.

[10] 吴文通，肖英.用FXON-3A实现可编程控制器模拟量控制[J].煤矿机械，2007，28(12)： 175-176.

(编辑： 小 前)

Introduced the use of the Mitsubishi analog input module FX2N-4AD-PT, discussed the application of this module in temperature control of the refrigeration system that might provide a reference for relevant work.

PLC； Analog Quantity； Module； Application

2016年12月

付惠琪(1971— )，女，硕士，高级讲师，主要从事电气应用教学与研究工作， E-mail： fhq123505@163.com

TM571

B

1674-540X(2017)02-017-04