西门子SCL编程——通过模拟量控制气缸升起和下降

对于PLC的输入输出，分数字量和模拟量两种。数字量很好理解，就是在时间和数量上都离散的物理量，比如启/停按钮，行程开关，电磁阀通/断，这些都是数字量。数字量对应PLC存储就是1位，即1比特（binary digit，缩写bit），作为信息的最小单位，只有两种状态：0（低电平）和1（高电平），也表示为FALSE和TRUE。模拟量是在时间或数值上都连续的物理量，常见的如温度、氧含量、压力等。

模拟量使用起来不太方便，不是有多难，而是在程序上需要做必要的处理，本文通过实例，讲一讲如何通过模拟量控制气缸升起和下降。

通过模拟量输出控制运动对象动作，要先确定运动对象的信号类型和量程等参数。信号类型常见的有电流4~20mA和电压0~5V/10V等；量程是设备自身的参量，比如气缸控制阀流量开度为0~100%，K型热电偶测温范围0~1300℃等。

本文选用的气缸控制阀控制特性如图1所示，可以看出信号类型4~20mA，4~12mA对应的1通2，流量开度q对应100~0（%）；12~20mA对应的1通4，流量开度q对应0~100（%）；



图1 气缸控制阀控制特性

处理模拟量信号需要两个指令，NORM_X：标准化和SCALE_X：缩放指令。

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NORM_X：标准化

使用“标准化”指令（参照图2所示），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。可以使用参数 MIN 和 MAX 定义（应用于该标尺的）值范围的限值。输出OUT( RET_VAL) 中的结果经过计算并存储为浮点数，这取决于要标准化的值在该值范围中的位置。

如果要标准化的值等于输入 MIN 中的值，则输出 OUT 将返回值“0.0”。如果要标准化的值等于输入 MAX 的值，则输出 OUT 需返回值“1.0”。

其中MIN 、 MAX和VALUE既可以是整数，也可以是浮点数。OUT( RET_VAL) 为浮点数。



图2 NORM_X

SCALE_X：缩放指令

使用“缩放”指令（参照图3所示），通过将输入 VALUE 的值映射到指定的值范围内以缩放该值。当执行“缩放”指令时，输入 VALUE 的浮点值会缩放到由参数 MIN 和 MAX 定义的值范围。缩放结果为整数，存储在 RET_VAL 输出中。

其中MIN 、 MAX和OUT( RET_VAL) 既可以是整数，也可以是浮点数。VALUE为浮点数。



图3 SCALE_X

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接下来在FB中定义各变量，如图4所示。变量有升起和降落的指令rise_command、fall_command，数据类型均为Bool型；升起和降落的开度百分比rise_rate、fall_rate，此处数据类型均定义为Int型；以及标准化和缩放的变量，NORM_rise_rate（Real型）、NORM_fall_rate_1（Real型）、NORM_fall_rate_2（Real型）、SCALE_rise_rate（Int型）、SCALE_fall_rate（Int型）。



图4 定义变量

输出量AQ1（Int型）需要在PLC变量中定义，同时模拟量输出的地址要与实际的接线端子地址一致。

用SCL语言编程，如图5所示。



图5 SCL程序

第1行程序是将“rise_rate”标准化为0.0~1.0范围内的值；

第2行程序是将“NORM_rise_rate”缩放到PLC能够执行的整数范围，这里需要了解PLC自身模拟量模块电流测量模拟值的范围，需要查找该模拟量模块的手册，本文使用的模拟量模块4~20mA电流测量范围为0~27648，中间值12mA对应的值为13824（该值需自己计算）。

第3行程序是将“fall_rate”标准化为0.0~1.0范围内的值；

第4行程序是一次转换，由于控制阀4~12m对应的是100~0，不太符合常规的表达逻辑。

第5行程序是将“NORM_fall_rate_2”缩放为PLC能够执行的整数方位，解释同第2行。

第6~8行程序是进行指令的判断，如果升起指令“rise_command”为真，则将缩放过的值“SCALE_rise_rate”赋值给输出变量AQ1，实现气缸升起；

第9~10行程序是进行指令的判断，如果下降指令为真，则将缩放过的值“SCALE_fall_rate”赋值给输出变量AQ1，实现气缸下降；

注意：这里为了简化程序，程序里没有进行“rise_rate”和“fall_rate”进行相互复位操作