一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及工业自动控制化领域，公开了一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统及方法，在硬件增加温度采集模块和湿度采集模块采集环境温度和湿度，利用主控制器内部RTC记录时间，对现有的模拟量输出模块不做改变，模拟量输出模块反馈信号也只作为断线检测用，不对输出信号产生影响，依赖大数据建模进行输出预测，有效提高模拟量输出模块输出准确性；本发明专利技术能够计算出不同温度和湿度的对输出信号的影响量，使用人员根据影响量采取对应补偿，有效解决了模拟输出系统在温湿度条件改变后输出发生偏移问题；本发明专利技术能够长时间运行后对输出信号的影响量，使用人员根据影响量采取对应补偿，模拟量输出系统在长时间运行后无需进行再次标定，节省人力和时间成本。节省人力和时间成本。节省人力和时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统及方法


[0001]本专利技术涉及工业自动控制化领域，具体涉及一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统及方法。

技术介绍

[0002]PLC(可编程逻辑控制器)是20世纪60年代以来发展迅速、应用广泛的工业控制设备。它是现代工业自动化三大支柱之一。它利用可编程存储器存储用户指令，通过数字或模拟输入/输出，完成一定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和某些确定的功能，来控制各种类型的机械设备或生产过程。模拟量输出作为工业控制领域主要的控制执行机构，其输出信号质量好坏将严重影响被控对象的运行，通常情况下，模拟量输出模块采用开环设计，利用高精度校验设备对模块每一通道进行标定，达到输出精度要求后应用于现场，但是模拟量信号受环境因素、元器件使用时间因素影响，输出会发生变化，而这些变化通过常规标定方法无法解决。本文提供了一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统及方法。
[0003]现有技术对提高模拟量输出模块准确性进行了较多尝试，但是大都对输出模拟量产生影响，例如：专利文献CN107168284B提供的模拟量输出自动校准方法对输出的模拟量信号进行在线采集，依据采集的信号对输出进行校正，但该方法过于依赖信号采集电路，如果信号采集电路精度下降同样导致输出精度降低，且为了达到较高精度需要间隔一定时间对信号采集电路进行校准；专利文献CN101964660A提供的模拟量输出自动校准方法将输出信号与电压基准进行比较，基于电压基准源的稳定性高、温漂小等优点可有效解决模拟电路精度问题对输出的影响，但仅仅依靠单点校准很难解决模拟量输出线性漂移问题；专利文献CN113885401A提供的模拟量输出方法中本模块输出不仅受自身检测机检测，也受其余检测机检测，通过交叉互检方式选出性能最优的模块作为主设备，利用该方式能在一定程度上降低检测机对模拟量输出带来的影响，但无法解决因环境因素影响带来的统一偏差，且该方式是从多个模拟量输出模块中选择一个，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统及方法，解决上述技术问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统，包括主控制器，所述主控制器用于控制整个模拟量输出系统正常工作；
[0007]所述主控制器通过SPI接口连接有温度采集模块和湿度采集模块；
[0008]所述温度采集模块用于采集模拟量输出系统的环境温度；
[0009]所述湿度采集模块用于采集模拟量输出系统的环境湿度；
[0010]所述主控制器通过SPI接口还连接有DAC模块；
[0011]所述DAC模块用于将数字信号转换成模拟信号输出，并以电压的方式长距离传输；
[0012]所述DAC模块连接有VI转换模块；
[0013]所述VI转换模块用于在DAC以电压的方式长距离传输模拟信号时，把电压输出转换成电流输出；
[0014]所述主控制器还连接有外部晶振、电池和断线检测模块；
[0015]所述断线检测模块与与VI转换模块输出接口连接。
[0016]通过上述技术方案，本专利技术的模拟量输出系统由主控制器、温度采集模块、湿度采集模块、DAC模块、VI转换模块、断线检测模块组成，所述温度采集模块可以采集模拟量输出模块环境温度，主控制器通过SPI接口读取温度传感器内部寄存器获取温度信息，所述湿度采集模块可以采集模拟量输出模块环境湿度，主控制器通过SPI接口读取湿度传感器内部寄存器获取湿度信息，所述主控制器内部RTC在外部晶振和供电情况下实时运行，可用于记录模块运行总时间，所述DAC模块将主控制器发送的数字量转换成模拟量，所述VI转换模块将DAC模块输出的模拟电压信号转换成电流信号，然后经模块输出接口输出，消除线损、干扰信号对信号传输的影响，所述断线检测电路对输出电流进行断线检测，用于判断外部接线情况。
[0017]作为本专利技术方案的进一步描述，所述温度采集模块通过温度传感器将温度模拟信号转换成数字信号，用于采集模拟量输出系统的环境温度，主控制器通过SPI接口读取温度传感器内部寄存器获取温度信息；
[0018]所述湿度采集模块通过湿度传感器将湿度模拟信号转换成数字信号，用于采集模拟量输出模块环境湿度，主控制器通过SPI接口读取湿度传感器内部寄存器获取湿度信息。
[0019]作为本专利技术方案的进一步描述，所述主控制器通过内部RTC在外部晶振和供电情况下实时运行，可用于记录模块运行总时间。
[0020]作为本专利技术方案的进一步描述，所述断线检测电路对输出电流进行断线检测，用于判断外部接线情况。
[0021]一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统的使用方法，所述方法包括如下步骤：
[0022]步骤一、所述模拟量输出系统在实验箱中运行，将实验箱湿度设为定值，通过控制实验箱温度变化，采集不同温度条件下模拟输出系统的输出偏移量；
[0023]步骤二：所述模拟量输出系统在实验箱中运行，将实验箱温度设为定值，通过控制实验箱湿度变化，采集不同湿度条件下模拟输出系统的输出偏移量；
[0024]步骤三：所述模拟量输出系统在实验箱中运行，分别将实验箱温度和湿度设为定值，长时间运行，采集模拟输出系统的输出偏移量；
[0025]步骤四：将步骤一～步骤三采集的数据合并成样本数据，并进行样本扩充；
[0026]步骤五：使用线性回归算法对步骤四的样本进行训练，得出温度、湿度和时间对输出信号影响的特征系数参数；
[0027]步骤六：取出训练好的模型的温度、湿度、时间特征系数参数，根据特征系数计算模块当前影响量，最后模拟量输出扣除各影响量，即为当前模块输出值。
[0028]作为本专利技术方案的进一步描述，所述步骤六的具体过程为：
[0029]设最后模拟量输出信号为I，温度、湿度和时间对输出信号影响的特征系数参数分别为μ、π、ρ；当前温度、湿度和时间分别为T、R和t，则当前影响量Q为：
[0030]Q＝μ*T+π*R+ρ*t；
[0031]从而得出当前模块输出值I0＝I
‑
Q，工作人员根据I、Q和I0的值对I0进行补偿，降低模拟量信号受环境因素、元器件使用时间因素影响。
[0032]作为本专利技术方案的进一步描述，所述步骤一中，设定多种湿度值，在每种湿度下温度设定值从下限到上限，记录各湿度时，不同温度对输出影响。
[0033]作为本专利技术方案的进一步描述，所述步骤二中，设定多种温度值，在每种温度下湿度设定值从下限到上限，记录各湿度时，不同温度对输出影响。
[0034]通过上述技术方案，本专利技术依次采集湿度不变时，不同温度对输出影响；温度不变时，不同湿度对输出影响；温度、湿度不变时，时间对输出的影响，然后，通过机器学习算法有效消除温度、湿度、时间对模拟量输出的影响，依赖大数据建模进行输出预测，有效提高模拟量输出模块输出准确性。
[0035]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统，其特征在于，包括主控制器，所述主控制器用于控制整个模拟量输出系统正常工作；所述主控制器通过SPI接口连接有温度采集模块和湿度采集模块；所述温度采集模块用于采集模拟量输出系统的环境温度；所述湿度采集模块用于采集模拟量输出系统的环境湿度；所述主控制器通过SPI接口还连接有DAC模块；所述DAC模块用于将数字信号转换成模拟信号输出，并以电压的方式长距离传输；所述DAC模块连接有VI转换模块；所述VI转换模块用于在DAC以电压的方式长距离传输模拟信号时，把电压输出转换成电流输出；所述主控制器还连接有外部晶振、电池和断线检测模块；所述断线检测模块与与VI转换模块输出接口连接。2.根据权利要求1所述的一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统，其特征在于，所述温度采集模块通过温度传感器将温度模拟信号转换成数字信号，用于采集模拟量输出系统的环境温度，主控制器通过SPI接口读取温度传感器内部寄存器获取温度信息；所述湿度采集模块通过湿度传感器将湿度模拟信号转换成数字信号，用于采集模拟量输出模块环境湿度，主控制器通过SPI接口读取湿度传感器内部寄存器获取湿度信息。3.根据权利要求1所述的一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统，其特征在于，所述主控制器通过内部RTC在外部晶振和供电情况下实时运行，可用于记录模块运行总时间。4.根据权利要求1所述的一种基于机器学习的PLC模拟量输出系统，其特征在于，所述断线检测电路对输出电流进行断线检测，用于判断外部接线情况。5.一种如权利要求1
‑
4所述的基于机器学习的PLC模拟量输出系统的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、所述模拟量输出系统在实验箱中运行，...

【专利技术属性】
技术研发人员：包建雄，谢灿华，王天林，潘忠根，王庆楠，
申请(专利权)人：浙江中控研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：