西门子 200smart模拟量运用(热电阻RTD、热电偶TC)

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什么是PLC的模拟量在工业生产过程中，有两种量，一种是开关量，开关量只有0 、1 两种状态，开关断开，就表示为0，开关接通就表示为1。模拟量是指变量在一定范围内连续变化的量，在一定的定义域内可以取任意值。例如对温度，压力，液位，深度等数据进行监测和控制。这些物理量都是随时间的变化而变化的，在控制领域将这些随时间变化而发生变化的物理量称为模拟量。

模拟量模块的类型有三种，普通模拟量模块、RTD模块和TC模块。200 smart PLC普通模拟量模块可以采集标准电流和电压信号。电流有0-20mA、4-20mA（5530-27648）两种信号。电压有+-2.5V、+-5V、+/10V三种信号类型。200 smart普通模拟量对应的数字量范围为0到27648或-27648到27648。200 smart模拟量精度为11Bit （0—27648）。

​            EM AM06模拟量输入/输出模块

0—10V取信号简单，接线方便，用于一般环境，0—20 MA和4—20MA相比，后者占市场率高。在4—20MA中，低于4MA可判断为开路，大于20MA可认定为短路故障。电流和电压相比，电流源的内阻无限大，电流阻抗低，抗干扰强，信号稳定，传输距离远。


RTD热电阻模块是用来进行温度的测量，也叫“电阻温度检测器”。它的电阻值会随着温度的升高而变大，随着温度的降低而减小。常见的RTD材料有铂（Pt）、镍（Ni）、铜（Cu）。例如铂热电阻Pt100，表示该传感器在0℃下的电阻值为100Ω 。

​              PT100热电阻温度传感器
热电偶TC是温度测量仪表中常用的测温元件，热电偶直接测量温度，将温度信号转换成热电动势信号。当两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，热电偶产生的热电动势只随测量端温度的变化而变化，利用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。

​                  K型热电偶温度传感器
目前常用的热电偶类型有8种，S、R、B、E、T、J、K、N。其中S、R、B属于贵金属材料热电偶；E、T、J、K、N属于廉金属材料热电偶。对于不同型号类型热电偶拥有不同测量的最优温度区间，200 SMART EM TC模块可以测量J、K、T、E、R、S和N型等热电偶温度传感器。

热电阻和热电偶的选型要点
测量500℃以上一般选择热电偶，500℃以下一般选择热电阻。对测量精度要求较高的选择热电阻，对精度要求不高的选择热电偶，热电偶与热电阻都是温度传感器。热电阻测量的是电阻信号，热电偶测量的是电压信号。200 SMART EM RTD和TC模块的通道值除以10就是实际的温度值。由于RTD和TC模块的通道值是整数值，需要把整数值转换成浮点数才能在计算后得到带有小数位的温度值。PLC有热电阻模块和热电偶模块，可直接输入电阻和电偶信号，选购时应注意类型。

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不同模拟量模块接线及常见问题普通模拟量模块接线

模拟量电流、电压信号根据模拟量仪表线缆个数分成两线制、三线制、四线制三种，不同类型的信号其接线方式不同。


两线制信号指仪表或设备上信号线和电源线加起来只有两个接线端子。模拟量电压/电流两线制接线如下图所示：

三线制信号指仪表或设备上信号线和电源线加起来有3根线，负极线与供电电源M线为公共线。 模拟量电压/电流三线制接线如下图所示：

四线制信号指模拟量仪表或设备上信号线和电源线加起来有4根线。仪表或设备有单独的供电电源，除了两个电源线还有两个信号线。四线制信号的接线方式如下图所示：

不使用的模拟量通道要将通道的两个信号端短接，接线方式如下图所示：

​RTD热电阻模块接线

RTD热电阻温度传感器有两线、三线和四线之分，其中四线传感器测温值是最准确。两线制RTD传感器没有考虑引出导线的电阻，误差较大，仅适用于精度要求不高的场合。四线制RTD可以完全消除引线电阻的影响，精度非常高，一般用在实验室或者对精度要求很高的场合。

TC热电偶模块接线

模拟量模块常见问题

1、模拟量输入模块接收到变动很大的不稳的值

当PLC的模拟量输入模块和现场传感器分别使用了自供电或不同的电源时，两个电源没有做等电位连接，也就是模拟量输入模块的电源和现场传感器的信号地没有连接，会产生一个很高的上下振动的共模电压，影响模拟量输入值。可以将现场传感器的负极与模块上公共M端等电位，再观察值是否波动。2、模拟量输入模块接线太长或绝缘不好受到电磁干扰。


2、模拟量模块分辨率和转换精度的区别
分辨率是指A/D模拟量转换芯片的转换精度，例如10位分辨率和11位分辨率，200 SMART模拟量0~20mA的通道值范围为0~27648。如果分辨率为10位，则表示当外部电流信号的变化大于0.01953125mA时，模拟量A/D转换芯片才认为外部信号有变化。如果分辨率为11位，则表示当外部电流信号的变化大于0.009765625mA时，模拟量A/D转换芯片便认为外部信号有变化。分辨率计算公式如下：

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3、200 SMART RTD热电阻模块可以测量电阻值
200 SMART RTD模块最大可以测量3000Ω的电阻值。如下图配置选择阻值量程范围例子。

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4、模拟量输入滤波会产生稳定的模拟信号，在处理变化缓慢的信号时非常有用，例如温度等测量。



5、模拟量模块DIAG指示灯红色闪烁

当模拟量模块缺少24V直流供电电源，模拟量模块上通道断线或是输入值超过了量程。模拟量模块上通道断线或是输入值超量程，除了会引起模块的DIAG指示灯以红色闪烁，断线或是超量程的通道的指示灯也以红色闪烁，以提示用户存在故障通道。
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模拟量模块编程组态及运用1、在编程软件中单击"系统块"对话框的"模拟量输入" 在顶部选择实际对应的模拟量输入模块组态选项。

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对于每条模拟量输入通道，都将类型组态为电压或电流。为通道0选择的类型也适用于通道1，为通道2选择的类型也适用于通 道3。


范围：组态通道的电压范围或电流范围。

抑制：传感器的响应时间或传送模拟量信号至模块的信号线的长度等状况，有时会引起模拟量输入值的波动。在这种情况下，波动值可能变化太快，导致程序逻辑无法有效响应。可组态模块对信号进行抑制。
平滑：可组态模块在组态的周期数内平滑模拟量输入信号，从而将一个平均值传送给程序逻辑，滤波周期选择越大，采集的数据会越精确。
2、在“模块参数”中为模块的所选通道选择启用或者禁用报警。

​可以为超出上限、超出下限、断路（仅限电流通道）、短路（仅限电压通道）、用户电源信息设置报警。

3、单击"系统块"对话框的"模拟量输出"，为选择的模拟量输出模块组态选项。

​当PLC处于STOP模式时，可将模拟量输出点设置为特定值，或者保持在切换到STOP模式之前存在的输出状态。"将输出冻结在最后状态"表示PLC 进行RUN到STOP转换时将所有模拟量输出冻结在其最后值。如果"将输出冻结在最后状态"复选框未选中，只要 CPU 处于 STOP 模式就可输入应用于输出的值。默认替换值为 0 。

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模拟量编程运用PLC将模拟量值（例如温度或压力）转换为一个字长度（16位）的数字值，由于模拟量输入为字，且总是从偶数字节（例如0、2或4）开始，所以必须使用偶数字节地址，例如AIW0、AIW2、AIW4访问这些值，模拟量输入值为只读。模拟量输出也是类似，用AQW0、AQW2等访问，模拟量输出为只写值。


模拟量输入/输出可以用下列通用换算公式

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

​Ov:换算结果（实际输出值AQWx，浮点数）
Osh:换算结果的最大值（传感器检测的最大实际值，浮点数）
Osl:换算结果的最小值（传感器检测的实际最小值，浮点数）
Iv:换算对象 （模拟量模块采集的输入值AIWx ，整数）
Ish:换算对象的最大值（模拟量转换数字量的最大值，整数）
Isl:换算对象的最小值（模拟量转换数字量的最小值，整数）

在上图中可以看到模拟信号和数字信号是线性关系，模拟电流信号4mA是20mA的1/5,那么数字信号就是27648的1/5，约等于5530。


以计算出实际温度为例：

实际温度=（所测温度最大值－所测温度最小值）×（模拟量采集的实际值-模拟量转换数字量最小值）/（模拟量转换数字量最大值－模拟量转换数字量最小值）+温度测量下限值


热电阻、热电偶模拟量输入模块（EM AT04、EM AR02、EM AR04）所读取的数据是温度测量值的10倍（摄氏或华氏温度）。如果AIW18里监控到的数值为987，则实际温度98.7度。



利用西门子模拟量转换库，安装后可直接调用，依次填写温度传感器输入通道地址，数字量范围，工程量范围(仪表量程)，输出为转换后的工程量（温度实际值）。

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​S_RTI指令中“OSH”和“OSL”是16位有符号整数，取值范围为-32768到+32767，当超过范围时，例如数据65535会产生溢出错误，这时应该使用S_RTR指令，它的量程范围是实数。

模拟量编程控制变频器频率：

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​3、根据模拟量通用换算公式加减乘除实现编程
将模拟量模块采集值范围限定

​​Isl为模拟量转换数字量的最小值，当模拟量模块采集的输入值AIWx 小于等于模拟量转换数字量的最小值时，将模拟量转换数字量的最小值时传送到实际采集值。当模拟量模块采集的输入值AIWx 大于模拟量转换数字量的最大值时，将模拟量转换数字量的最大值时传送到实际采集值，采集值在模拟量转换数字量的范围内时，将当前模拟量模块采集的输入值AIWx传送给实际采集值。根据Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl得到如下程序段：

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