模拟量输入模块1746-NI16I在油田注水自动化系统中的应用

1 概述

1746-NI16I是美国Allen-Bradley公司出品的基于SLC500系列PLC的模拟量输入模块，设计时可以通过编程灵活设定该模块的工作方式、输入信号类型、数据格式、滤波频率等参数，从而方便地应用于各种场合。采用1746-NI16I作为采集模块组态的SCADA系统具有扩展方便、组态灵活、稳定可靠、便于维护等特点。

1746-NI16I有两种工作方式：CLASSl和CLASS3。其中的CLASSl方式是经典的使用方式，该方式占用系统资源较少，但使用起来需要较为复杂的编程；而CLASS3方式则使用方便，编程简单，但占用系统资源较多。

2 1746-NI16I的软件资源

在使用1746-NI16I之前必须先了解1746-NI16I的软件资源，只有在对模块的每个通道正确配置后，才能使模块正常工作。

对1746-NI16I编程首先要了解SLC500系列PLC对内存变量的管理方式。SLC500系列PLC以文件的方式组织内存，即把内存划分为若干个区域--文件，每个文件分管不同类型的变量，如B文件、N文件、I文件、0文件分别用于管理开关量数据、模拟量数据、输人数据、输出数据等等。

1746-NI16I的CLASS3方式和CLASSl方式地址映射如表1所列。其中，O：e．i表示输出文件中e号槽位的第i号字；I：e．i表示输入文件中e号槽位的第i号字。

可以看出，在CLASSl方式下，系统将采用输入文件中的8个字的空间来传输16个通道的配置字，并采用输出文件中的8个字来传输16个通道的数据字及状态字；而在CLASS3方式下，每个字都由单独的空间对应。因此，在CLASSl方式下，通常通过配置字的Bit0和Bitl来配置输入或输出文件中的8个字。

应当说明：1746-NI16I中的配置字是通道配置信息存放地址；数据字是输人数据存放地址；状态字是通道状态存放地址。

无论配置字、数据字还是状态字，它们都由16位二进制数构成。

2．1通道配置字

配置字中的每一位都具有其特定的意义，通过这些配置宇可以对通道的不同参数进行配置。这些位的定义如下：

Bit0、Bitl：分别为CLASSl方式下的数据／状态和读／写设置。Bit0和Bitl只能在CLASSl方式中使用，而在CLASS3方式中设置这两位将出现错误（状态字的Bitl5、Bitl4、Bitl3被置0）。因为在CLASS3方式中，要用32个字的空间来传输各个通道的数据字和状态字，而在CLASSl方式中只有8个字，因此用户可通过设置BitO和Bitl来选择这8个字的功能。具体选择方式如表2所列。

Bit2：CLASSl握手信号，在CLASSl方式中，该模块提供了握手信号来简化模块的配置。这种握手的方法是设置模块16个通道的最快途径。在配置模块的各个通道时，Bit2必须被置1。配置完毕后，状态字的Bit6必须被置1，以表示配置完毕。把配置字 的Bit2清零即可使状态字的Bit6复位。握手信号的详细使用方法将在后面的程序中给出具体的说明。在CLASS3方式中，并不需要这种握手协议，因为所有配置字和状态字的信息都可以通过32个字的空间一次传递。

Bit3：未使用，但此位必须保持为零，否则在状态字中会出现错误指示。

Bit4、Bit5：输人类型选择位。这两位的设置可根据用户输入设备的类型来选择，该输入可以是在某特定范围内的模拟电压或电流。具体设置见表3所列。

Bit6、Bit7、Bit8：数据格式选择位。模拟电流或电压输入在经模块内A／D转换器转换为不同格式的数字量后，不同格式的数据所对应的最大最小值不同，因此，用户可根据要求选择。在CLASS3方式中，用户可自定义4种格式，见表4所列。

Bit9、BitlO、Bitll：校准模式选择位。要进入校准模式，必须把Bit9置1。进行校准时，必须先进行零校准，再进行满量程校准。零校准时需把Bitl0置1，Bitll清0，满量程校准时需把Bitll置1，Bitl0清零。把这三位全部清零即可进入运行状态。

Bitl2、Bitl3、Bitl4：通道滤波频率选择位。1746-NI16I提供有8种滤波频率，每个模块的16个通道可分为4组（0-3、4-7、8-11、12-15），模块中的4个A／D转换芯片分别负责4组通道的A／D转换。在选择通道滤波频率时，只需对4组通道中每组的第一个通道（0、4、8、12）进行配置即可，也就是说，每组通道只能使用一个滤波频率，且只能对每组的第一个通道进行配置。滤波频率的高低决定了降噪特性的好坏。但是太低的滤波频率在降低噪声干扰的同时，也提高了模块的刷新速度。

Bitl5：通道使能选择位。当该位被清零时，通道被禁止，此通道的数据字和状态字也同时被清零，直至通道使能位被置1，且通道状态字的Bitl5、Bit 14、Bit 13都为1时，通道才能继续工作。具体的位操作组合见表5所列。

2．2通道状态字

通道状态字中的每一位都可以被用来判断通道的状态。表6是CLASS3方式状态字各个位的功能。

CLASSl方式与CLASS3方式状态字的区别在于：CLASSl方式的状态字中Bit6为握手信号。Bit6为0表示模块准备就绪，可以向其写入配置字；Bit6为1表示配置结束，可以进入采集工作状态。

3 在SCADA系统中的应用及编程

在油田注水自动化系统中，往往需对系统各处的压力、流量、温度、浊度等工程量进行实时监控，而现场仪表输出一般都为4-20mA输出，因此可采用1746-NI16I来采集信号和进行A／D转换，并采用带DH+接口的SLC5／04作为主CPU来与DH+网络中的其它PLC以及上位监控计算机组成SCADA系统。其系统框图如图1所示。

本系统须采集148路信号，其中模拟电流信号占132路，因此需要9块1746-NI16I模块，若用CLASS3方式，输出及输入文件需包含32X9=288个字，而SLC500系列PLC的输入输出文件的最大长度为256字，因此在CLASS3方式下最多只能使用8块1746-NI16I模块，故本系统只能使用CLASSl方式。

在程序运行后，首先需对9块1746-NI16I进行配置，配置完毕，才能进入采集状态。限于篇幅，本文只给出一个通道的配置程序，见图2所示。

从图2所示的配置程序看出，配置的开始与完成是由配置字的Bit2和状态字的Bit6通过握手协议来实现的。每个模块的每个通道需单独配置。程序上电时，配置字的Bit2和状态字的Bit6都为零，状态字的Bit6为零表示模块已准备好，可以接收配置字，并可向配置字单元写入配置字，此时需把配置字的Bit2置1，表示开始配置。当配置完毕后，模块会把状态字的Bit6置1，表示配置完成。此时可把状态字保存，以备后用。

CLASS3的配置和采集程序相对比较简单，它只需向对应的单元写入配置字即可，在此不再赘述。详细资料可参考有关文献。

4 结论

在油田注水自动化项目中，基于1746-NI16I的SCADA系统已投入运行半年，实际运行证明：该系统稳定可靠，运行良好，提高了油田注水的自动化程度，减轻了工人负担，同时也增加了数据的准确性和可靠性。

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