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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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。
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