PLC对模拟量的处理，以S7-1200PLC为例

在工业现场有许多模拟量需要传送给PLC进行处理，比如温度、压力、液位、速度等。这些非电量经过传感器后变成电信号，电信号无非就是两种电压信号和电流信号，常用的电压信号有-10V~10V、0~10V、-5~5V和0~5V等，常用的电流信号有0~20mA和4~20mA。但是PLC本体CPU不能直接处理这些数值连续变化的模拟量，PLC的本体CPU只能处理由0和1组成的数字量，所以需要将这些模拟量变换成数字量后PLC才能进行处理，这就是A/D（模数转换）转换过程。完成A/D转换需要用到A/D转换器，A/D转换器有模拟部分和数字部分构成，模拟部分完成是对模拟信号进行采样、调制，变成一位一位的数据位流。数字部分的作用是将模拟部分得到的数据位流进行滤波除噪，得到较为理想的数字信号。

在介绍S7-1200 PLC处理模拟量之前，先将两个定义解释清楚，第一个是模拟值，第二个是工程量。模拟值是指模拟信号经过模数转换后得到的数值，用16位的二进制补码表示。工程量是指模拟值对应一个物理量，这个物理量可以通过仪器仪表测量得到，比如10V、500r/min、100℃等。工程值和模拟值之间有着比例关系，比如，某压力传感器量程为0~25bar，其输出电流信号为0~20mA，使用西门子模拟量模块将0~20mA变化成0~27648的模拟值。

下面以PLC为S7-1200 CPU1212C DC/DC/DC为例，介绍PLC处理模拟量的过程。下图为CPU1212C DC/DC/DC的硬件接线图。CPU1212C DC/DC/DC本体自带两路模拟量输入，0和2M、1和2M分别为了两路模拟量输入，这两路模拟量输入通道只接受0~10V的电压信号。





如果PLC需要输出模拟量，需要添加模拟量输出模块，PLC本体只能处理数字量，PLC输出数字量经过A/D（数模）转换后就可以得到模拟量，用模拟量驱动执行机构，完成控制目的。CPU1212C DC/DC/DC没有模拟量输出通道，需要添加一个模拟量输出模块SM1232，该模块有两路模拟量输出，输出模拟量的类型有电压信号和电流信号，对于电流信号可以选择0~20mA和4~20mA，对于电压信号显示±10V，这是所表示的含义是只要输出的电压信号范围在-10V~+10V之间均可。









对于PLC采集到的和处理后需要输出模拟量，可以利用“NORM_X标准化”和“SCALE_X缩放”指令进行处理模拟值和工程值，完成模拟值和工程值之间的转换。可以使用“标准化” 指令，通过将输入VALUE中变量的值映射到线性标尺对其进行标准化。可以使用“缩放”指令，通过将输入VALUE的值映射到指定的值范围内，对该值进行缩放。





西门子PLC模拟量转换成模拟值：如果是单极性输入信号（比如0~10V、0~20mA、4~20mA）,对应的模拟值的正常数值范围为0~27648；如果是双极性收入信号（比如-10V~10V,-5V~5V）对应的模拟值的正常数值范围为-27648~27648。这里需要注意的是如果实际输入电流是4~20mA，而设置电流范围为0~20mA，则对应的模拟值的正常数值范围为5530~27648。在正常量程之外，通过设置过冲区和溢出区，但检测值溢出时，可启动诊断中断。

下面通过一个例子，说明怎么利用“标准化”和“缩放”指令完成模拟值和工程值之间的转换。CPU1212C DC/DC/DC和SM1232构成的PLC与变频器G120C之间模拟量控制，通过PLC设置想要达到的转速然后其模拟量0~10V通过模拟量输出通道QW96传给变频器的模拟量输入；将变频器的输出频率模拟量0~20mA通过模拟量输出通道传给PLC的模拟量输入通道IW64，并在梯形图中显示输出频率。



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