模拟量是什么
模拟量是用某个范围的电压或电流信号来模拟现实中某个范围的实际物理量。例如用0-10V范围的电压信号表示0-50Hz范围的频率，用4-20mA范围的电流信号表示0-1.6Mpa范围的压力。
想一想我们是怎样知道生活中的物理量的大小，我们看体温计的刻度可以读出体温计显示的温度值，看压力表的指针所指的刻度可以读出压力值，看流量计的表头可直接读出流量数值。温度计和压力表的例子中，我们通过表计的指针刻度翻译出物理量的实际数值；流量计的例子是流量计已将物理量直接以我们看得懂的数值显示给我们。
我们能够接收以上形式的数据，而自控设备无法直接接收这些数据，因此需要一种可被自控设备接受的信号来作为刻度，模拟量将所代表实际物理量的值翻译给自控设备。模拟量可代表的数据多种多样。
用模拟量输入作为变频器的给定频率
对变频器而言，输出频率随着模拟量输入的变化而变化。
将模拟量信号送入变频器的模拟量输入通道
此时，模拟量代表变频器的给定频率，如果我们想在0-50Hz的频率范围内任意调节变频器的频率，那我们可以将这个范围内的设定频率转换成变频器可以接受的0-10V范围内的电压信号送入变频器，也可以转换成0-20mA范围内的电流信号送入变频器。每一个设定频率都应该有一个对应的电压或电流值，这刚好与函数的定义相一致。一般地，在一个变化过程中，如果有两个变量x与y，并且对于x的每一个确定的值，y都有惟一确定的值与其对应，那么我们就说x是自变量，y是x的函数。这里的我们可以用频率设定值作为自变量x，电压信号作为因变量y，电压信号就是频率的函数。
我们可以用一个简单的一次函数来表示频率设定值x与电压信号y的关系，这里用初中所学的一次函数来表示：y=kx+b（k，b是常数，k≠0）。
函数有两个未知的参数k和b，我们需要求出参数k和b，这样就可以知道任意x所对应的y值（一次函数的图像是一条直线，两点确定一条直线，所以需要两对值标定出这条直线）。将上文提到的频率范围和电压范围的两对边界值(0Hz,0V)和(50Hz,10V)带入后可以得到
0=k·0+b
10=k·50+b
解方程求出k=0.2，b=0。至此我们便确定出了电压信号y与设定频率x的关系为y=0.2x
我们需要给变频器设定30Hz的频率，根据函数可以计算出需要给变频模拟量输入端送入一个30*0.2=6V的电压信号。
变频器将收到的模拟量输转换为输出频率
如果变频器收到的是6V的电压信号，变频器怎样将这个信号换算为输出频率进行输出，这就是我们计算变频器设定为30Hz需要提供6V电压信号的一个反向过程。输出频率y与输入电压x的关系为y=kx+b，用（0V，0Hz）和（10V，50Hz）求解出参数k=5，b=0，得到函数y=5x。当变频器收到6V电压信号时，应输出5*6=30Hz的频率。
什么情况下需要标定模拟量输入
模拟量输入范围与变频默认输入范围不同时，需要进行标定
默认情况下，变频器是将0-10V的模拟量信号转换为0-50Hz的输出频率，将0-20mA的模拟量信号转换为0-50Hz的输出频率。如果输入变频器的模拟量信号约定为4-20mA代表设定0-50Hz的频率，变频器仍按照默认的（0-20mA）来转换成0-50Hz的频率输出，那变频器最终输出的频率就不是我们设定的频率。
举例说明：
当我们约定通过4-20mA来设定变频器0-50Hz范围的频率时，我们可以通过（0Hz，4mA）和（50Hz，20mA）求出函数y=0.32x+4，当我们设定30Hz的频率时，需要给变频器模拟量输入端送入一个13.6mA的电流信号。
当变频器收到13.6mA电流信号时，需要将这个信号换算成频率信号并输出。而变频器默认的换算范围是，将0-20mA的电流信号换算成0-50Hz的频率信号，（0mA，0Hz），（20mA，50Hz）此时换算方程为y=2.5x，计算出的输出频率为2.5*13.6=34Hz，并不是我们需要的30Hz。这时就需要对模拟量输入进行标定。
参考输入时的换算过程，我们需要变频器将收到的4-20mA的信号转换为0-50Hz的信号，（4mA，0Hz），（20mA，50Hz）此时的方程为y=3.125x-12.5；当变频器接收到13.6mA的电流时，按照这个函数关系式计算出输出频率为3.125*13.6-12.5=30Hz，正是我们设定给变频器的频率。
模拟量输入有线性偏移误差时，可以进行标定消除误差
当我们约定通过4-20mA来设定变频器0-50Hz范围的频率，设定频率为30Hz时，我们提供给变频器模拟量输入端的电流是13.6mA，假如我们提供的这个信号的线性误差系数为0.95（4mA时实际电流为4x0.95=3.8mA，20mA时实际电流为20x0.95=19mA）那么变频器实际收到的电流为13.6x0.95=12.92mA，变频器的实际输出频率为27.875Hz，比我们设定的30Hz小。这时候就可以使用（3.8mA,0Hz），（19mA,50Hz)两组数值重新对变频器模拟量输入进行标定，标定后变频器的实际输出频率就会是30Hz，与设定值相等。
用模拟量输出来监视变频器状态
对变频器而言，模拟量输出随着通道赋值（输出频率，输出电流，转矩等状态）的变化而变化。
什么情况下需要标定模拟量输出
需要的模拟量输出范围与变频默认输出范围不同时，需要进行标定
默认情况下，变频器是按照实际值或实际值的百分比量程对应模拟量输出的量程0-10V或0-20mA来输出，如果需要对应的不是这个模拟量量程上下限，就需要按照实际对应值进行标定，例如需要对应模拟量输出的量程为4-20mA
模拟量输出有线性偏移误差时，可以进行标定消除误差
原理同模拟量输入中所介绍。
按实际值和按百分比进行标定有什么区别
按实际值标定是指将模拟量上下限与所代表的实际值上下限进行线性标定。而按百分比标定是将模拟量上下限按照所对应的实际值的百分比进行标定。
标定一条直线需要两组数据，以模拟量电流的形式来举例说明两种标定方式的区别
由于模拟量输入代表的实际值类型不多，而模拟量输出代表的实际值类型很多，如果将模拟量输出按照实际值进行标定，那模拟量输出每代表一种实际值，都要设置对应实际值的上下限，为了简化设置，采用按百分比的方式进行标定，再用百分比对应不同实际值的量程（此量程一般不用设置，例如频率量程为0-50Hz，电流量程为0-额定电流x2，变频出厂已经配置好）。
变频器模拟量输入输出标定实例
通过实例可以更好的理解模拟量输入输出标定的过程，下面以4-20mA输入和输出为例来介绍怎样标定。
ABB ACS510
模拟量输入标定
以4-20mA模拟量输入对应0-50Hz为例。
标定
参数 | AI1 | 参数值 | AI2 | 参数值 |
模拟量下限 | P1301 | 20% | P1304 | 20% |
模拟量上限 | P1302 | 100% | P1305 | 100% |
给定值下限 | P1104 | 0Hz | P1107 | 0% |
给定值上限 | P1105 | 50Hz | P1108 | 100% |
注意这里模拟量输入的上下限不能直接输入电流数值，而是需要根据模拟量量程计算出下限占量程的百分比，然后进行设置。0-10V对应0-100%，0-20mA对应0-100%。模拟量下限4mA占总量程的百分比为4/20x100%=20%，模拟量上限占总量程的100%
AI1通道是将模拟量按实际值进行标定，AI2通道是将模拟量按百分比进行标定，因为AI2除了可定义为频率给定，还可定义为PID的过程值，过程值给定量。所有类型的实际值都按照百分比设置就不用进行过多的线性换算了。
模拟量输出标定
模拟量输出通道的功能选择
ABB变频器参数代码前两位表示参数组，后两位表示参数组下的参数号。所有的只读参数都归纳在了01参数组（运行数据），模拟量输出的赋值，Modbus保持寄存器数据映射都是在01组参数中进行选择。
标定
AO1通道功能赋值为输出频率P1501=0103，AO2通道功能赋值为输出电流P1507=0104
AO1和AO2通道都是按照实际值进行标定
参数 | AO1（输出频率） | 参数值 | AO2（输出电流） | 参数值 |
赋值下限 | P1502 | 0Hz | P1508 | 0A |
赋值上限 | P1503 | 50Hz | P1509 | 15A |
模拟量下限 | P1504 | 4mA | P1510 | 4mA |
模拟量上限 | P1505 | 20mA | P1511 | 20mA |
英威腾GD200
模拟量输入标定
以上说明可以看出该变频器模拟量输入通道不论选择的是电流还是电压，所有通道都是按照电压与对应的实际值的百分比进行标定。
标定
还是以4-20mA信号作为模拟量输入，以AI2为例，标定过程如下：首先手册告诉我们模拟量输入为电流输入时，0-20mA电流对应0-10V电压。那当电流输入为4mA时，4mA占电流输入量程（20-0=20）的百分比为4/20x100%=20%，将4mA换算为0-10V的电压，0+10x20%=2V。那我们将AI2的下限至设置为2V即可。
参数 | AI2 | 参数值 | AI1,AI3 |
模拟量下限 | P5.37 | 2 V | 同AI2 |
模拟量上限 | P5.39 | 10 V | 同AI2 |
给定值下限 | P5.38 | 0% | 同AI2 |
给定值上限 | P5.40 | 100% | 同AI2 |
模拟量输出标定
同样，不管是选择电压输出还是电流输出，在标定时都按照电压进行标定，4mA按比例换算成2V的电压，计算方法同模拟量输入标定中介绍。
AO1通道功能赋值为输出频率P06.14=0，AO2通道功能赋值为输出电流P06.15=4
AO1和AO2通道都是按照电压与对应的实际值的百分比进行标定。
参数 | AO1（频率输出） | 参数值（实际值的百分比） | 对应实际值 | AO2（输出电流） | 参数值（实际值的百分比） | 对应实际值 |
赋值下限 | P06.17 | 0% | 运行频率下限P0.05（Hz） | P06.22 | 0% | 0A |
赋值上限 | P06.19 | 100% | 运行频率上限P0.04（Hz） | P06.24 | 100% | 2倍变频器额定电流 |
模拟量下限 | P06.18 | 2V |
| P06.23 | 2V |
|
模拟量上限 | P06.20 | 10V |
| P06.25 | 10V |
|
西门子G120C
模拟量输入标定
标定
还是以4-20mA信号作为模拟量输入，以AI0和AI1标定都是按照给对应给定值的百分比进行标定。
参数 | AI0 | 参数值 | AI1 |
模拟量下限 | P757[0] | 4 mA | 同AI0 |
模拟量上限 | P759[0] | 20 mA | 同AI0 |
给定值下限 | P758[0] | 0% | 同AI0 |
给定值上限 | P760[0] | 100% | 同AI0 |
模拟量输出标定
选择模拟量输出信号源
之前讲过西门子的BICO互联功能，可以将信号源连接至对应的r参数。AO1通道功能赋值为输出频率P0771[0]=24，AO2通道功能赋值为输出电流P0771[1]=27
标定
AO0和AO1标定都是按照对应的实际值的百分比进行标定。
参数 | AO0（频率输出） | 参数值（实际值的百分比） | 对应实际值 | AO1（输出电流） | 参数值（实际值的百分比） | 对应实际值 |
赋值下限 | P0777[0] | 0% | 0 | P0777[1] | 0% | 0 |
赋值上限 | P0779[0] | 100% | P2000,例如1500rpm/60*P（极对数）=50Hz（四极电机） | P0779[1] | 100% | P2002的参数值 |
模拟量下限 | P0778[0] | 4 mA |
| P0778[1] | 4 mA |
|
模拟量上限 | P0780[0] | 20 mA |
| P0780[1] | 20 mA |
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西门子MM430
模拟量输入标定
标定
设置方法同G120C，按百分比标定。
参数 | AI1 | 参数值 | AI2 |
模拟量下限 | P757[0] | 4 mA | 同AI0 |
模拟量上限 | P759[0] | 20 mA | 同AI0 |
给定值下限 | P758[0] | 0% | 同AI0 |
给定值上限 | P760[0] | 100% | 同AI0 |
模拟量输出标定
选择模拟量输出信号源
之前讲过西门子的BICO互联功能，可以将信号源连接至对应的r参数。AO1通道功能赋值为输出频率P0771[0]=24，AO2通道功能赋值为输出电流P0771[1]=27
标定
按百分比进行标定
参数 | AO0（频率输出） | 参数值（实际值的百分比） | 对应实际值 | AO1（输出电流） | 参数值（实际值的百分比） | 对应实际值 |
赋值下限 | P0777[0] | 0% | 0Hz | P0777[1] | 0% | 0A |
赋值上限 | P0779[0] | 100% | P2000=50Hz | P0779[1] | 100% | P2002的参数值A |
模拟量下限 | P0778[0] | 4 mA |
| P0778[1] | 4 mA |
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模拟量上限 | P0780[0] | 20 mA |
| P0780[1] | 20 mA |
|
总结
下表总结对比了4种变频器模拟量输入输出标定的区别。
变频器 | AI通道1 | AI通道2 | AO通道1 | AO通道2 |
ACS510 | 模拟量的百分比按实际值标定 | 模拟量的百分比按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值标定 | 模拟量的真实值按实际值标定 |
GD200A | 模拟量的电压形式按实际值的百分比标定 | 模拟量的电压形式按实际值的百分比标定 | 模拟量的电压形式按实际值的百分比标定 | 模拟量的电压形式按实际值的百分比标定 |
G120C | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 |
MM430 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 | 模拟量的真实值按实际值的百分比标定 |
计算示例
有两种方法可供选择，一种是求出函数再计算，另一种是按照两边占各自量程的百分比相同来计算。
已知模拟量的值，怎样计算对应的实际值？
条件
已知4-20mA对应5-50Hz，模拟量的值为18mA，求实际值。
方法一
假设y=kx+b，x为模拟量的值，y为实际值
求出比例系数k
k=(y2-y1)/(x2-x1)=(50-5)/(20-4)=45/16=2.8125
求出截距
将（4，5）带入函数，5=4x2.8125+b，求出b=-6.25。
得出函数
得出函数为y=2.8125x-6.25。
带入模拟量值求出实际值
当x=18mA时，y=2.8125x18-6.25=50.625-6.25=44.375Hz
方法二
计算模拟量的值超过下限的部分
超下限部分=18-4=14mA
2.计算模拟量的区间值=上限-下限
区间值=20-4=16mA
3.计算模拟量超下限部分占区间值的百分比
模拟量超下限部分占区间值的百分比=14/16x100%=87.5%
4.计算实际值的区间值
区间值2=50-5=45Hz
5.计算占实际值区间的部分
占实际值区间的部分=区间值x模拟量超下限部分占区间值的百分比=45x87.5%=39.375Hz
6.计算实际值
实际值=实际值下限+占实际值区间的部分=5+39.375=44.375Hz
已知实际值，怎样计算对应的模拟量值？
条件
已知5-50Hz对应4-20mA，实际值为35Hz，求模拟量值。
方法一
假设y=kx+b，x为模拟量的值，y为实际值
求出比例系数k
k=(y2-y1)/(x2-x1)=(20-4)/(50-5)=16/45≈0.3556
求出截距b
将（5，4）带入函数，4=5x0.3556+b，求出b=2.222。
得出函数
得出函数为y=0.356x+2.22。
带入实际值求解模拟量
当x=35Hz时，y=0.3556x35+2.222=12.446+2.222≈14.67mA
方法二
计算实际值超过下限的部分
实际值超下限部分=35-5=30Hz
2.计算实际值的区间值=上限-下限
实际值区间值=50-5=45Hz
3.计算实际值超下限部分占区间值的百分比
实际值超下限部分占区间值的百分比=30/45x100%≈66.67%
4.计算模拟量的区间值
模拟量区间值2=20-4=16mA
5.计算占模拟量区间的部分
占模拟量区间的部分=模拟量区间值x实际值超下限部分占区间值的百分比=16x66.67%=10.67mA
6.计算模拟量值
模拟量值=模拟量值下限+占实模拟量区间的部分=4+10.67=14.67mA
小结
方法 | 优点 | 缺点 |
方法一：求解函数y=kx+b | 求出函数后，再利用函数求不同的值很方便。 | 计算过程容易出现小数，需要记忆的中间量较多。 |
方法二：按所占量程比例计算 | 计算过程中多为整数，中间量好记忆，计算过程连续。 | 每次新值都要重新按步骤计算。 |
附录
实例中变频器手册的下载链接，见前几篇文章的附录。
变频器初级调试的核心逻辑
变频器本地远程切换的核心逻辑
变频器启停方式的详细介绍
