01什么是PLC的模擬量

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有兩種量，一種是開關(guān)量，開關(guān)量只有0 、1 兩種狀態(tài)，開關(guān)斷開，就表示為0，開關(guān)接通就表示為1。模擬量是指變量在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的量，在一定的定義域內(nèi)可以取任意值。例如對溫度，壓力，液位，深度等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和控制。這些物理量都是隨時間的變化而變化的，在控制領(lǐng)域?qū)⑦@些隨時間變化而發(fā)生變化的物理量稱為模擬量。

模擬量模塊的類型有三種，普通模擬量模塊、RTD模塊和TC模塊。200 smart PLC普通模擬量模塊可以采集標準電流和電壓信號。電流有0-20mA、4-20mA（5530-27648）兩種信號。電壓有+-2.5V、+-5V、+/10V三種信號類型。200 smart普通模擬量對應(yīng)的數(shù)字量范圍為0到27648或-27648到27648。200 smart模擬量精度為11Bit （0—27648）。

  

​ EM AM06模擬量輸入/輸出模塊

0—10V取信號簡單，接線方便，用于一般環(huán)境，0—20 MA和4—20MA相比，后者占市場率高。在4—20MA中，低于4MA可判斷為開路，大于20MA可認定為短路故障。電流和電壓相比，電流源的內(nèi)阻無限大，電流阻抗低，抗干擾強，信號穩(wěn)定，傳輸距離遠。

RTD熱電阻模塊是用來進行溫度的測量，也叫“電阻溫度檢測器”。它的電阻值會隨著溫度的升高而變大，隨著溫度的降低而減小。常見的RTD材料有鉑（Pt）、鎳（Ni）、銅（Cu）。例如鉑熱電阻Pt100，表示該傳感器在0℃下的電阻值為100Ω 。

 

  

​PT100熱電阻溫度傳感器
熱電偶TC是溫度測量儀表中常用的測溫元件，熱電偶直接測量溫度，將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，回路中將產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨測量端溫度的變化而變化，利用測量熱電動勢的方法就可達到測溫的目的。

 

​ K型熱電偶溫度傳感器
目前常用的熱電偶類型有8種，S、R、B、E、T、J、K、N。其中S、R、B屬于貴金屬材料熱電偶；E、T、J、K、N屬于廉金屬材料熱電偶。對于不同型號類型熱電偶擁有不同測量的最優(yōu)溫度區(qū)間，200 SMART EM TC模塊可以測量J、K、T、E、R、S和N型等熱電偶溫度傳感器。

熱電阻和熱電偶的選型要點

測量500℃以上一般選擇熱電偶，500℃以下一般選擇熱電阻。對測量精度要求較高的選擇熱電阻，對精度要求不高的選擇熱電偶，熱電偶與熱電阻都是溫度傳感器。熱電阻測量的是電阻信號，熱電偶測量的是電壓信號。200 SMART EM RTD和TC模塊的通道值除以10就是實際的溫度值。由于RTD和TC模塊的通道值是整數(shù)值，需要把整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)才能在計算后得到帶有小數(shù)位的溫度值。PLC有熱電阻模塊和熱電偶模塊，可直接輸入電阻和電偶信號，選購時應(yīng)注意類型。

02不同模擬量模塊接線及常見問題

普通模擬量模塊接線

 

模擬量電流、電壓信號根據(jù)模擬量儀表線纜個數(shù)分成兩線制、三線制、四線制三種，不同類型的信號其接線方式不同。

兩線制信號指儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來只有兩個接線端子。模擬量電壓/電流兩線制接線如下圖所示：

 

三線制信號指儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來有3根線，負極線與供電電源M線為公共線。 模擬量電壓/電流三線制接線如下圖所示：

 

四線制信號指模擬量儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來有4根線。儀表或設(shè)備有單獨的供電電源，除了兩個電源線還有兩個信號線。四線制信號的接線方式如下圖所示：

 

不使用的模擬量通道要將通道的兩個信號端短接，接線方式如下圖所示：

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RTD熱電阻模塊接線

RTD熱電阻溫度傳感器有兩線、三線和四線之分，其中四線傳感器測溫值是最準確。兩線制RTD傳感器沒有考慮引出導(dǎo)線的電阻，誤差較大，僅適用于精度要求不高的場合。四線制RTD可以完全消除引線電阻的影響，精度非常高，一般用在實驗室或者對精度要求很高的場合。

 

TC熱電偶模塊接線

 

模擬量模塊常見問題

1、模擬量輸入模塊接收到變動很大的不穩(wěn)的值

當(dāng)PLC的模擬量輸入模塊和現(xiàn)場傳感器分別使用了自供電或不同的電源時，兩個電源沒有做等電位連接，也就是模擬量輸入模塊的電源和現(xiàn)場傳感器的信號地沒有連接，會產(chǎn)生一個很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值。可以將現(xiàn)場傳感器的負極與模塊上公共M端等電位，再觀察值是否波動。2、模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好受到電磁干擾。

2、模擬量模塊分辨率和轉(zhuǎn)換精度的區(qū)別

分辨率是指A/D模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度，例如10位分辨率和11位分辨率，200 SMART模擬量0~20mA的通道值范圍為0~27648。如果分辨率為10位，則表示當(dāng)外部電流信號的變化大于0.01953125mA時，模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片才認為外部信號有變化。如果分辨率為11位，則表示當(dāng)外部電流信號的變化大于0.009765625mA時，模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片便認為外部信號有變化。分辨率計算公式如下：

 

 
3、200 SMART RTD熱電阻模塊可以測量電阻值

200 SMART RTD模塊最大可以測量3000Ω的電阻值。如下圖配置選擇阻值量程范圍例子。

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4、模擬量輸入濾波會產(chǎn)生穩(wěn)定的模擬信號，在處理變化緩慢的信號時非常有用，例如溫度等測量。

5、模擬量模塊DIAG指示燈紅色閃爍

當(dāng)模擬量模塊缺少24V直流供電電源，模擬量模塊上通道斷線或是輸入值超過了量程。模擬量模塊上通道斷線或是輸入值超量程，除了會引起模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍，斷線或是超量程的通道的指示燈也以紅色閃爍，以提示用戶存在故障通道。

03模擬量模塊編程組態(tài)及運用

1、在編程軟件中單擊'系統(tǒng)塊'對話框的'模擬量輸入' 在頂部選擇實際對應(yīng)的模擬量輸入模塊組態(tài)選項。

 

對于每條模擬量輸入通道，都將類型組態(tài)為電壓或電流。為通道0選擇的類型也適用于通道1，為通道2選擇的類型也適用于通 道3。

范圍：組態(tài)通道的電壓范圍或電流范圍。

抑制：傳感器的響應(yīng)時間或傳送模擬量信號至模塊的信號線的長度等狀況，有時會引起模擬量輸入值的波動。在這種情況下，波動值可能變化太快，導(dǎo)致程序邏輯無法有效響應(yīng)。可組態(tài)模塊對信號進行抑制。

平滑：可組態(tài)模塊在組態(tài)的周期數(shù)內(nèi)平滑模擬量輸入信號，從而將一個平均值傳送給程序邏輯，濾波周期選擇越大，采集的數(shù)據(jù)會越精確。

2、在“模塊參數(shù)”中為模塊的所選通道選擇啟用或者禁用報警。

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可以為超出上限、超出下限、斷路（僅限電流通道）、短路（僅限電壓通道）、用戶電源信息設(shè)置報警。

3、單擊'系統(tǒng)塊'對話框的'模擬量輸出'，為選擇的模擬量輸出模塊組態(tài)選項。

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當(dāng)PLC處于STOP模式時，可將模擬量輸出點設(shè)置為特定值，或者保持在切換到STOP模式之前存在的輸出狀態(tài)。'將輸出凍結(jié)在最后狀態(tài)'表示PLC 進行RUN到STOP轉(zhuǎn)換時將所有模擬量輸出凍結(jié)在其最后值。如果'將輸出凍結(jié)在最后狀態(tài)'復(fù)選框未選中，只要 CPU 處于 STOP 模式就可輸入應(yīng)用于輸出的值。默認替換值為 0 。

04模擬量編程運用

PLC將模擬量值（例如溫度或壓力）轉(zhuǎn)換為一個字長度（16位）的數(shù)字值，由于模擬量輸入為字，且總是從偶數(shù)字節(jié)（例如0、2或4）開始，所以必須使用偶數(shù)字節(jié)地址，例如AIW0、AIW2、AIW4訪問這些值，模擬量輸入值為只讀。模擬量輸出也是類似，用AQW0、AQW2等訪問，模擬量輸出為只寫值。

模擬量輸入/輸出可以用下列通用換算公式

Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl

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Ov:換算結(jié)果（實際輸出值A(chǔ)QWx，浮點數(shù)）

Osh:換算結(jié)果的最大值（傳感器檢測的最大實際值，浮點數(shù)）

Osl:換算結(jié)果的最小值（傳感器檢測的實際最小值，浮點數(shù)）

Iv:換算對象 （模擬量模塊采集的輸入值A(chǔ)IWx ，整數(shù)）

Ish:換算對象的最大值（模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最大值，整數(shù)）

Isl:換算對象的最小值（模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最小值，整數(shù)）

在上圖中可以看到模擬信號和數(shù)字信號是線性關(guān)系，模擬電流信號4mA是20mA的1/5,那么數(shù)字信號就是27648的1/5，約等于5530。

以計算出實際溫度為例：

實際溫度=（所測溫度最大值－所測溫度最小值）×（模擬量采集的實際值-模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量最小值）/（模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量最大值－模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量最小值）+溫度測量下限值

熱電阻、熱電偶模擬量輸入模塊（EM AT04、EM AR02、EM AR04）所讀取的數(shù)據(jù)是溫度測量值的10倍（攝氏或華氏溫度）。如果AIW18里監(jiān)控到的數(shù)值為987，則實際溫度98.7度。

利用西門子模擬量轉(zhuǎn)換庫，安裝后可直接調(diào)用，依次填寫溫度傳感器輸入通道地址，數(shù)字量范圍，工程量范圍(儀表量程)，輸出為轉(zhuǎn)換后的工程量（溫度實際值）。

 

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​S_RTI指令中“OSH”和“OSL”是16位有符號整數(shù)，取值范圍為-32768到+32767，當(dāng)超過范圍時，例如數(shù)據(jù)65535會產(chǎn)生溢出錯誤，這時應(yīng)該使用S_RTR指令，它的量程范圍是實數(shù)。

模擬量編程控制變頻器頻率：

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3、根據(jù)模擬量通用換算公式加減乘除實現(xiàn)編程

將模擬量模塊采集值范圍限定

 

​​Isl為模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最小值，當(dāng)模擬量模塊采集的輸入值A(chǔ)IWx 小于等于模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最小值時，將模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最小值時傳送到實際采集值。當(dāng)模擬量模塊采集的輸入值A(chǔ)IWx 大于模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最大值時，將模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的最大值時傳送到實際采集值，采集值在模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的范圍內(nèi)時，將當(dāng)前模擬量模塊采集的輸入值A(chǔ)IWx傳送給實際采集值。根據(jù)Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl得到如下程序段：