01什麽是PLC的模擬量

在工業(ye) 生產(chan) 過程中，有兩(liang) 種量，一種是開關(guan) 量，開關(guan) 量隻有0 、1 兩(liang) 種狀態，開關(guan) 斷開，就表示為(wei) 0，開關(guan) 接通就表示為(wei) 1。模擬量是指變量在一定範圍內(nei) 連續變化的量，在一定的定義(yi) 域內(nei) 可以取任意值。例如對溫度，壓力，液位，深度等數據進行監測和控製。這些物理量都是隨時間的變化而變化的，在控製領域將這些隨時間變化而發生變化的物理量稱為(wei) 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(liang) 種信號。電壓有+-2.5V、+-5V、+/10V三種信號類型。200 smart普通模擬量對應的數字量範圍為(wei) 0到27648或-27648到27648。200 smart模擬量精度為(wei) 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，用於(yu) 一般環境，0—20 MA和4—20MA相比，後者占市場率高。在4—20MA中，低於(yu) 4MA可判斷為(wei) 開路，大於(yu) 20MA可認定為(wei) 短路故障。電流和電壓相比，電流源的內(nei) 阻無限大，電流阻抗低，抗幹擾強，信號穩定，傳(chuan) 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(hui) 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(chuan) 感器在0℃下的電阻值為(wei) 100Ω 。

 

  

​PT100熱電阻溫度傳(chuan) 感器
熱電偶TC是溫度測量儀(yi) 表中常用的測溫元件，熱電偶直接測量溫度，將溫度信號轉換成熱電動勢信號。當兩(liang) 種不同的導體(ti) 或半導體(ti) A和B組成一個(ge) 回路，其兩(liang) 端相互連接時，隻要兩(liang) 結點處的溫度不同，回路中將產(chan) 生一個(ge) 電動勢，該電動勢的方向和大小與(yu) 導體(ti) 的材料及兩(liang) 接點的溫度有關(guan) 。這種現象稱為(wei) “熱電效應”，兩(liang) 種導體(ti) 組成的回路稱為(wei) “熱電偶”，熱電偶產(chan) 生的熱電動勢隻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(chuan) 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屬於(yu) 貴金屬材料熱電偶；E、T、J、K、N屬於(yu) 廉金屬材料熱電偶。對於(yu) 不同型號類型熱電偶擁有不同測量的最優(you) 溫度區間，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(chuan) 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(yu) 熱電阻都是溫度傳(chuan) 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。由於(yu) RTD和TC模塊的通道值是整數值，需要把整數值轉換成浮點數才能在計算後得到帶有小數位的溫度值。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、電壓信號根據模擬量儀(yi) 表線纜個(ge) 數分成兩(liang) 線製、三線製、四線製三種，不同類型的信號其接線方式不同。

兩(liang) 線製信號指儀(yi) 表或設備上信號線和電源線加起來隻有兩(liang) 個(ge) 接線端子。模擬量電壓/電流兩(liang) 線製接線如下圖所示：

 

三線製信號指儀(yi) 表或設備上信號線和電源線加起來有3根線，負極線與(yu) 供電電源M線為(wei) 公共線。 模擬量電壓/電流三線製接線如下圖所示：

 

四線製信號指模擬量儀(yi) 表或設備上信號線和電源線加起來有4根線。儀(yi) 表或設備有單獨的供電電源，除了兩(liang) 個(ge) 電源線還有兩(liang) 個(ge) 信號線。四線製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(liang) 個(ge) 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(chuan) 感器有兩(liang) 線、三線和四線之分，其中四線傳(chuan) 感器測溫值是最準確。兩(liang) 線製RTD傳(chuan) 感器沒有考慮引出導線的電阻，誤差較大，僅(jin) 適用於(yu) 精度要求不高的場合。四線製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的值

當PLC的模擬量輸入模塊和現場傳(chuan) 感器分別使用了自供電或不同的電源時，兩(liang) 個(ge) 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場傳(chuan) 感器的信號地沒有連接，會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值。可以將現場傳(chuan) 感器的負極與(yu) 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幹擾。

2、模擬量模塊分辨率和轉換精度的區別

分辨率是指A/D模擬量轉換芯片的轉換精度，例如10位分辨率和11位分辨率，200 SMART模擬量0~20mA的通道值範圍為(wei) 0~27648。如果分辨率為(wei) 10位，則表示當外部電流信號的變化大於(yu) 0.01953125mA時，模擬量A/D轉換芯片才認為(wei) 外部信號有變化。如果分辨率為(wei) 11位，則表示當外部電流信號的變化大於(yu) 0.009765625mA時，模擬量A/D轉換芯片便認為(wei) 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範圍例子。

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4、模擬量輸入濾波會(hui) 產(chan) 生穩定的模擬信號，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(hui) 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及運用

1、在編程軟件中單擊'係統塊'對話框的'模擬量輸入' 在頂部選擇實際對應的模擬量輸入模塊組態選項。

 

對於(yu) 每條模擬量輸入通道，都將類型組態為(wei) 電壓或電流。為(wei) 通道0選擇的類型也適用於(yu) 通道1，為(wei) 通道2選擇的類型也適用於(yu) 通 道3。

範圍：組態通道的電壓範圍或電流範圍。

抑製：傳(chuan) 感器的響應時間或傳(chuan) 送模擬量信號至模塊的信號線的長度等狀況，有時會(hui) 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，導致程序邏輯無法有效響應。可組態模塊對信號進行抑製。

平滑：可組態模塊在組態的周期數內(nei) 平滑模擬量輸入信號，從(cong) 而將一個(ge) 平均值傳(chuan) 送給程序邏輯，濾波周期選擇越大，采集的數據會(hui) 越精確。

2、在“模塊參數”中為(wei) 模塊的所選通道選擇啟用或者禁用報警。

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可以為(wei) 超出上限、超出下限、斷路（僅(jin) 限電流通道）、短路（僅(jin) 限電壓通道）、用戶電源信息設置報警。

3、單擊'係統塊'對話框的'模擬量輸出'，為(wei) 選擇的模擬量輸出模塊組態選項。

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當PLC處於(yu) STOP模式時，可將模擬量輸出點設置為(wei) 特定值，或者保持在切換到STOP模式之前存在的輸出狀態。'將輸出凍結在最後狀態'表示PLC 進行RUN到STOP轉換時將所有模擬量輸出凍結在其最後值。如果'將輸出凍結在最後狀態'複選框未選中，隻要 CPU 處於(yu) STOP 模式就可輸入應用於(yu) 輸出的值。默認替換值為(wei) 0 。

04模擬量編程運用

PLC將模擬量值（例如溫度或壓力）轉換為(wei) 一個(ge) 字長度（16位）的數字值，由於(yu) 模擬量輸入為(wei) 字，且總是從(cong) 偶數字節（例如0、2或4）開始，所以必須使用偶數字節地址，例如AIW0、AIW2、AIW4訪問這些值，模擬量輸入值為(wei) 隻讀。模擬量輸出也是類似，用AQW0、AQW2等訪問，模擬量輸出為(wei) 隻寫(xie) 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:換算結果（實際輸出值AQWx，浮點數）

Osh:換算結果的最大值（傳(chuan) 感器檢測的最大實際值，浮點數）

Osl:換算結果的最小值（傳(chuan) 感器檢測的實際最小值，浮點數）

Iv:換算對象 （模擬量模塊采集的輸入值AIWx ，整數）

Ish:換算對象的最大值（模擬量轉換數字量的最大值，整數）

Isl:換算對象的最小值（模擬量轉換數字量的最小值，整數）

在上圖中可以看到模擬信號和數字信號是線性關(guan) 係，模擬電流信號4mA是20mA的1/5,那麽(me) 數字信號就是27648的1/5，約等於(yu) 5530。

以計算出實際溫度為(wei) 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-模擬量轉換數字量最小值）/（模擬量轉換數字量最大值－模擬量轉換數字量最小值）+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）所讀取的數據是溫度測量值的10倍（攝氏或華氏溫度）。如果AIW18裏監控到的數值為(wei) 987，則實際溫度98.7度。

利用西門子模擬量轉換庫，安裝後可直接調用，依次填寫(xie) 溫度傳(chuan) 感器輸入通道地址，數字量範圍，工程量範圍(儀(yi) 表量程)，輸出為(wei) 轉換後的工程量（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，取值範圍為(wei) -32768到+32767，當超過範圍時，例如數據65535會(hui) 產(chan) 生溢出錯誤，這時應該使用S_RTR指令，它的量程範圍是實數。

模擬量編程控製變頻器頻率：

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3、根據模擬量通用換算公式加減乘除實現編程

將模擬量模塊采集值範圍限定

 

​​Isl為(wei) 模擬量轉換數字量的最小值，當模擬量模塊采集的輸入值AIWx 小於(yu) 等於(yu) 模擬量轉換數字量的最小值時，將模擬量轉換數字量的最小值時傳(chuan) 送到實際采集值。當模擬量模塊采集的輸入值AIWx 大於(yu) 模擬量轉換數字量的最大值時，將模擬量轉換數字量的最大值時傳(chuan) 送到實際采集值，采集值在模擬量轉換數字量的範圍內(nei) 時，將當前模擬量模塊采集的輸入值AIWx傳(chuan) 送給實際采集值。根據Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl得到如下程序段：