模拟量在PLC里怎么应用？5分钟后就学会模拟量接线和编程！

在工业应用中，最普遍的两个元素就是数字量和模拟量，今天我们聊一聊模拟量的编程，

模拟量作为工业控制中必不可少的一个元素，由模拟量传感器发出信号，最终由控制单元接收，可以表示温度，压力，流量，液位等等！在PLC控制系统中，最常见的模拟量信号为4-20ma，以前的文章我们也提到过，4-20ma作为行业标准有着得天独厚的优势。

那么除了4-20ma外，我们还可以用-10V~ +10V或者0-20ma等等，这些信号由传感器发送出来，最终进入到PLC模拟量输入通道，那么你知道PLC怎么识别和控制吗？

我们用实例来说明一下，看完本文后你也可以使用PLC编程控制模拟量！

一、 S7-200 模拟量使用简介

S7-200系列产品可以采集标准的电压、电流模拟量信号和热电偶、热电阻温度传感器信号。普通的电压和电流信号经过A/D转换成为0~32000 或者-32000~32000 之间的整数。温度传感器信号被直接转换为摄氏度（或华氏度）温度值，省去了复杂的温度值换算。

S7-200系列可以提供的模拟量输出信号有-10V~ +10V之间的电压和0~20mA 的电流信号，能够满足大多数模拟量负载的需求。

S7-200系列的模拟量扩展模块选型灵活，用户可以根据实际需要选择使用CPU224XP集成的模拟量通道，或者使用4通道输入、8通道输入、2通道输出、4通道输出和输入输出混合模块。

224 XP在CPU上集成了两个模拟量输入端口和一个模拟量输出端口。

224 XP 的模拟量输入/输出通道的精度为 12位。 224 XP上的模拟量输入转换速度比模拟量扩展模块慢，因此要求高的场合请使用模拟量扩展模块。

分辨率 是A/D模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。S7-200模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最小单位是满量程的1/4096。

模拟量转换的精度 除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。

二、CPU 224 XP本体集成的模拟量I/O接线图如下：

图中：

a:此处表示A+和B+都可以接±10V信号

b:电流型负载接在I和M端子之间

c:电压型负载接在V和M端子之间

S7-224 XP 的两路模拟量输入通道被出厂设置为电压信号(0－10V)输入。为了能够输入电流信号，必须在 A+ 与 M 端 (或 B+ 与 M 端) 之间并入一个500 欧姆的电阻。并必须确保外接电流源具有短路保护以防损坏。因为没有充分隔离，外接电阻也可成为干扰源。

为了得到尽量精确的测量结果，推荐使用公差尽可能小的电阻。当在500欧电阻两端施加最大 28.8V 的电压时，电阻消耗功率为1.66W。要选择功率大于1.66瓦的500欧电阻。

三、模拟量比例换算

S7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量信号，两者之间有一定的数学关系。这个关系就是模拟量/数值量的换算关系。例如，使用一个0 - 20mA的模拟量信号输入，在S7-200 CPU内部，0 - 20mA对应于数值范围0 - 32000；对于4 - 20mA的信号，对应的内部数值为6400 - 32000。

模拟量转换的目的不是在S7-200 CPU中得到一个0 - 32000之类的数值；对于编程和操作人员来说，得到具体的物理量数值（如压力值、流量值），或者对应物理量占量程的百分比数值更重要，这是换算的最终目标。

1、通用比例换算公式

模拟量的输入/输出都可以用下列的通用换算公式换算：

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

其中：

Ov:换算结果，Iv:换算对象，Osh:换算结果的高限，Osl:换算结果的低限，

Ish:换算对象的高限，Ish:换算对象的低限。

它们之间的关系可以图示如下：

2、实用指令库

为便于用户使用，用户可以将“自定义指令库”添加到自己的Micro/WIN编程软件中应用。下载并添加模拟量比例换算指令库如下图中的scale_E(V1.0),或scaling（V1.2）。

在这个指令库中，子程序Scale_I_to_R可用来进行模拟量输入到S7-200内部数据的转换；子程序Scale_R_I可用于内部数据到模拟量输出的转换。

四、模拟量编程实例

1、模拟电路图及接线如下图，24V电源采用S7-224 XP自带的电源。调节电位器可以得到0—9V的直流电压输出。

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西门子PLC模拟量是如何编程的

在PLC编程中，模拟量是我们经常会用到的，比如压力传感器的模拟量反馈就要用到模拟量输入模块，给比例阀的设定就需要用到模拟量输出模块等等，模拟量编程的掌握也是PLC编程的必备技能，编程的基本思路其实也是非常简单，下面我们就先简单说说：

对于模拟量输入来说：只需要将反馈的电压或电流信号进行数字化处理，并对处理后的数字量进行标准化（也就是0~100%或-100%~100%）。然后就可以根据实际进行编程了。

对于弄你两输出来说：就需要将程序执行后的结果进行去标准化，比如就是将0~100%转化成0~27648（这里量程的范围主要看选择的模块支持的信号和范围），如下面这段程序：

下面我们就一步步看看到底是什么编程的，我们这里就以模拟量输出为例来进行编程：

需要在硬件组态中插入一个模拟量模块，本例中插入的是模拟量输出模块 SM 332； AO 8 x 12 位； (6ES7332-5HF00-0AB0) ，8个通道，每个通道可设置为电流或电压输出

也可以设置量程，如下图所示：

2、下面我们就要知道我们要用到模拟量精度及量程转换

模拟量转换的分辨率

分辨率是 A/D 模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。模拟量模块的转换分辨率用于反映模拟量变化的最小单位。精度 < 15 位时，将所有由"x"标识的位设置为"0"。

模拟量模块所支持的模拟值精度，如表1.1所示。

表1.1

单极性输入范围（例如，电压输入0~10V，对应值为0~27648），如表所示。

双极性输入范围（例如，电压输入-10~10V，对应值为-27648~27648），如表所示。

例如，下表中 12 位分辨率的模块，其数据从低字节的第四位（bit3）开始变化，其最小变化单位2的3次方= 8 ，bit0~bit2 则补" 0 "（红色图框为无效位）

设该模拟量通道类型为电压0~10V，满量程电压值10V对应数据27648，其能识别的最小电压值为：

3、STEP 7 V5.x中模拟量输入/输出的编程

1）FC105/FC106 在哪里？

在编程界面下，在 "程序元素"中的 "库——> Standard Library ——> TI-S7 Converting Blocks"中可以找到，见下图：

注意：请不要使用 "S5-S7 Converting Blocks"下的 FC105，FC106，该路径下的功能是用于 S5 输入输出模板的，在 S7 输入输出模板上无法使用。

2) FC105功能描述

SCALE(FC105)功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。SCALE功能使用以下等式：

OUT = [ ((FLOAT (IN) - K1)/(K2 - K1)) * (HI_LIM - LO_LIM)] + LO_LIM

常数K1和K2根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置。

● BIPOLAR：假定输入整型值介于 -27648与27648之间，因此K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

●UNIPOLAR：假定输入整型值介于0和27648之间，因此K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。

通过设置LO_LIM > HI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时，输出值将随输入值的增加而减小。

3) FC105的参数定义

故障信息：

如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0，RET_VAL等于W#16#0008。

4) FC105例子程序

上图中用MW20作为模拟量输入地址（正常编程中在IN中模拟量输入地址比如PIW256，这个值根据前面规则来的，也就是单极性27648对应100）

5) FC106 功能描述

UNSCALE(FC106)功能接收一个以工程单位表示、且标定于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型输入值(IN)，并将其转换为一个整型值。将结果写入OUT。UNSCALE功能使用以下等式：

OUT = [ ((IN - LO_LIM)/(HI_LIM - LO_LIM)) * (K2 - K1) ] + K1

并根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置常数K1和K2。

● BIPOLAR：假定输出整型值介于 -27648和27648之间，因此，K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

● UNIPOLAR：假定输出整型值介于0和27648之间，因此，K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。

6) FC106 的参数定义

故障信息：

如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0，RET_VAL等于W#16#0008。

7) FC106 例子程序

上图中就是MD作为设定，本例设定50，对应的输出就是13824，并将MW16（13824送至PQW256，控制对应设备，例如比例阀的开口度）。

那么TIA Portal博途中模拟量输入/输出的编程

1）SCALE/UNSCALE在哪里？

在TIA Portal中指令SCALE/UNSCALE的功能和STEP7中的FC105/FC106功能相同，用于模拟量输入/输出的编程。

编程界面下，在 "指令" 中的"基本指令 ——> 转换操作"中可以找到，

电气相关知识和经验是用来分享，希望本文能对你有帮助。与人玫瑰，手留余香。

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