簡單的控制系統(tǒng)僅使用PLC數(shù)字量輸入和輸出。數(shù)字量輸入用于從對象收集雙態(tài)信息，數(shù)字量輸出用于控制開/關(guān)類型。但在更復(fù)雜的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以及任何過程開始的地方，都需要使用模擬量輸入和輸出。

介紹

模擬量測量向PLC提供測量值信息，例如：壓力[bar,MPa]、流量[m³/h]、液位[m]、溫度[℃]、距離[m]、頻率[Hz]、電流[A]等等。

在測量值進(jìn)入控制器前，必須將其值轉(zhuǎn)換為電信號，然后再轉(zhuǎn)換為數(shù)值量。物理量到電信號的轉(zhuǎn)換發(fā)生在傳感器中。電信號進(jìn)入PLC，在這里它被轉(zhuǎn)換為PLC程序可以理解的數(shù)值量。讓我們以儲罐中的壓力測量為例進(jìn)行分析。

 

儲氣罐中安裝了范圍為0…16bar的壓力傳感器，其輸出電流為0…20mA。電流信號傳輸?shù)絇LC模擬量輸入端。讓我們看看這種測量從物理量到用戶（操作員）理解的值的路徑：1、傳感器測量0…16bar范圍內(nèi)的壓力，并將其轉(zhuǎn)換為0…20mA電流信號；2、PLC控制器的模擬量輸入端接收0…20mA范圍內(nèi)的信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，例如0-32767，這取決于PLC控制器的類型和配置，單極性輸入例如電壓輸入0…10V，電流輸入4…20mA，其對應(yīng)值均為0…27648；雙極性輸入例如電壓輸入±10V、±5V、±2.5V，對應(yīng)值為-27648…27648；3、對于PLC程序來說，數(shù)值量反映物理量測量值的大小，例如壓力。要進(jìn)一步使用該測量值，PLC程序員必須根據(jù)壓力傳感器的測量范圍對其進(jìn)行縮放�？s放后的值保存在控制器的內(nèi)存中；4、縮放后的測量值的使用取決于應(yīng)用需求，可以是：

• 警報(bào)信號（例如超壓）；
• 在HMI面板或SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)中為操作員顯示壓力值；
• 使用測量值作為反饋信號；
• 超過限制后的下一步動作，例如打開閥門；
• 等等。

模擬量測量中可接受的標(biāo)準(zhǔn)電信號可以是：0…20mA、4…20mA和0…10mA。0…20mA、4…20mA和0…10V模擬量測量我們經(jīng)常接觸到幾種標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號。但它們在哪些方面不同呢？在工業(yè)自動化中，最常見的模擬量電信號是4…20mA電流信號。這是由于該信號的易用性以及比電壓測量0…10V相對更高的抗干擾性。在4…20mA信號中，更容易檢測到傳感器和控制器之間的電纜斷開。如果電流降至約3.8mA以下，則檢測到電纜斷裂。在4…20mA和0…20mA兩種測量中，如果電流值超過約20.5mA，則檢測到傳感器輸出短路。必須在PLC程序中考慮此類缺陷的檢測。在大多數(shù)傳感器上，你可以直接讀取它們的測量范圍和輸出電信號。下圖顯示了范圍為0…16bar和電流輸出為4…20mA的壓力傳感器示例，該圖表顯示了這兩個范圍之間的關(guān)系。

 

PLC程序中的模擬縮放讓我們將上述范圍為0…16bar的壓力傳感器安裝到我們的儲罐，并將其輸出4…20mA連接到西門子S7-1200 PLC的模擬量輸入端。我們看看它在理論上的樣子：

 

S7-1200控制器中的模擬量輸入0…20mA，實(shí)際上工作在0…23.7mA的范圍內(nèi)，這反映了AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出端數(shù)值量的范圍從0到32767。如果我們將電流輸出為4…20mA的傳感器連接到此類輸入端，則4mA的數(shù)字值為5530，20mA的數(shù)字值為27648。

 

從PLC中要獲得測量的實(shí)際數(shù)值即OUT變量，需根據(jù)上述公式進(jìn)行計(jì)算。在一些控制器中，有現(xiàn)成的函數(shù)用于縮放模擬測量，而在一些控制器中，有必要自己構(gòu)建這樣的函數(shù)。S7-1200控制器沒有就緒功能，但我們可以使用CALCULATE或 SCALE_X+NORM_X 選項(xiàng)，不過現(xiàn)在S7-1200也出了一塊AI模組6ES7231-5ND30-0XB0，可以直接設(shè)定成4…20mA，而不需轉(zhuǎn)換。
備注：如有錯誤，敬請指正。