鄭州繼飛機(jī)電設(shè)備有限公司

繼飛機(jī)電(圖)-創(chuàng)新的變頻柜-二七區(qū)變頻柜 ：

對于自動(dòng)化控制系統(tǒng)來說，主要處理對象無外乎數(shù)字量和模擬量，很多剛接觸自動(dòng)化的新人對于模擬量可能還不是很熟悉，這里以西門子plc300為例詳細(xì)講一下，其實(shí)模擬量處理如很簡單。

1、 模擬量輸入/輸出量程轉(zhuǎn)換的概念

實(shí)際工程中，我們要面對很多工程量，如壓力、溫度、流量、物位等，他們要使用各種類型傳感器進(jìn)行測量，傳感器再將測量值通過輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、溫度或電阻信號供 PLC 采集，PLC的模擬量輸入模板將該電壓、電流、溫度、或電阻信號等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量—整xing數(shù) (INT) 。在 PLC 程序內(nèi)部要對相應(yīng)的信號進(jìn)行比較、運(yùn)算時(shí)，二七區(qū)變頻柜，常需將該信號轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值，這樣這個(gè)數(shù)值才具有實(shí)際意義。相反，我們要控制一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如比例閥，電動(dòng)閥等）需要將控制值轉(zhuǎn)換成與實(shí)際工程量對應(yīng)的整xing數(shù)，再經(jīng)模擬量輸出模板轉(zhuǎn)換成電壓、電流信號去控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。要完成輸入、輸出模擬量轉(zhuǎn)換，就需要在程序中調(diào)用功能塊完成量程轉(zhuǎn)換。

例如一個(gè)壓力調(diào)節(jié)回路中，壓力變送器輸出 4-20mA DC 信號到 SM331 模擬量輸入模板，SM331 模板將該信號轉(zhuǎn)換成 0-27648 的整xing數(shù)，然后在程序中要調(diào)用 FC105 將該值轉(zhuǎn)換成 0-10.0 （MPa ）的工程量（實(shí)數(shù)），經(jīng) PID 運(yùn)算后得到的結(jié)果仍為實(shí)數(shù)，要用 FC106 轉(zhuǎn)換為對應(yīng)閥門開度 0-100% 的整xing數(shù) 0-27648 后，經(jīng) SM332 模擬量輸出模板輸出 4-20mA DC 信號到調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2、STEP 7調(diào)用FC105，F(xiàn)C106進(jìn)行模擬量轉(zhuǎn)換編程

2.1 FC105/FC106 在哪里

在編程界面下，在 Program elements 中的 Libraries 下的 Standard Library 下的 TI-S7

Converting Blocks 中就可以找到，見下圖：

模擬量

模擬量

注意： 請不要使用 S5-S7 Converting Blocks 下的 FC105， FC106 ，該路徑下的功能是用于 S5輸入輸出模板的，在 S7 輸入輸出模板上無法使用。

2.1.1 FC105 功能描述

SCALE （FC105 ）功能將一個(gè)整xing數(shù) INTEGER （IN）轉(zhuǎn)換成上限、下限之間的實(shí)際的工程值(Li_LIM and HI_LIM) ，結(jié)果寫到 OUT 。公式如下：

OUT = [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2 –K1)) * (HI_LIM –Li_LIM)] + Li_LIM

常數(shù) K1 和 K2 的值取決于輸入值（ IN）是雙極性 BIPOLAR 還是單極性 UNIPOLAR 。

雙極性 BIPOLAR ：即輸入的整xing數(shù)為 – 27648到 27648 ，此時(shí)

K1 = – 27648.0，

K2 =+27648.0

單極性 UNIPOLAR ：即輸入的整xing數(shù)為 0 到 27648 ，此時(shí) K1 = 0.0 ， K2 = +27648.0如果輸入的整xing數(shù)大于 K2 ，輸出 (OUT) 限位到 HI_LIM， 并返回錯(cuò)誤代碼。 如果輸入的整xing數(shù)小于 K1，輸出限位到 Li_LIM ，并返回錯(cuò)誤代碼。diangon.com版權(quán)所有！反向定標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過定義 Li_LIM > HI_LIM 來實(shí)現(xiàn)的。反向定標(biāo)后的輸出值隨著輸入值的增大而減小。

2.1.2 FC106 功能描述

UNSCALE （FC106 ）功能將一個(gè)實(shí)數(shù) REAL (IN) 轉(zhuǎn)換成上限、下限之間的實(shí)際的工程值

(Li_LIM and HI_LIM) ，數(shù)據(jù)類型為整xing數(shù)。結(jié)果寫到 OUT 。公式如下：

OUT = [ ((IN –Li_LIM)/(HI_LIM –Li_LIM)) * (K2 –K1) ] + K1

常數(shù) K1 和 K2 的值取決于輸入值（ IN）是雙極性 BIPOLAR 還是單極性 UNIPOLAR 。

如果輸入值在下限 Li_LIM 和上限 HI_LIM 的范圍以外，輸出 (OUT) 限位到與其相近的上限或下限值（視其單極性 UNIPOLAR 或雙極性 BIPOLAR 而定），并返回錯(cuò)誤代碼。

2.2下面給大家舉個(gè)例子：

如輸入 I0.0 為 1， SCALE 功能被執(zhí)行。下面的例子中，整xing數(shù) 22 將被轉(zhuǎn)換成 0.0 到 100.0 的實(shí)數(shù)并寫到 OUT。輸入是雙極性 BIPOLAR ，用 I2.0 來設(shè)置。

程序中調(diào)用的FC105

執(zhí)行前：

IN----------------------MW10=22

HI_LIM---------------MD20=100.0

Li_LIM--------------MD30=0.0

OUT-------------------MD40=0.0

BIPOLAR------------I2.0=TRUE

執(zhí)行后：

OUT------------------MD40=50.03978588

機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。

1、結(jié)構(gòu)合理

對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC，其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC。

2、功能、規(guī)模相當(dāng)

對于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對其控制速度無需考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用低檔機(jī)。對于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度選用中檔或更高。其搞擋主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。

3、機(jī)型統(tǒng)一

一個(gè)大型企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC，其模塊可互換，便于備用品、備件的采購和管理;其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā);其外部設(shè)備通用，資源可共享，配以上位計(jì)算機(jī)后，可把控制各單獨(dú)的系統(tǒng)的多臺PLC連成一個(gè)多級分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。

二、容量的選擇

PLC的容量包括用戶存儲器的存儲容量(字?jǐn)?shù))和I/O點(diǎn)數(shù)兩方面的含義。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ恳宰鱾溆谩?/p>

通常，一條邏輯指令占存儲器一個(gè)字，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲器兩個(gè)字。各種指令占存儲器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊。

在選擇存儲器容量時(shí)，一般可按實(shí)際需要的25%考慮裕量。通常I/O點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的10%～15%考慮裕量。

三、指令系統(tǒng)的選擇

由于可編程控制器應(yīng)用的廣泛性，各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也就不完全相同。從工程應(yīng)用角度看，有些場合僅需要邏輯運(yùn)算，有些場合需要復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，而且一些特殊場合還需要專用指令功能。從可編程控制器本身來看，各個(gè)廠家的指令差異較大，但從整體上來說，指令系統(tǒng)都是面向工程技術(shù)人員的語言，其差異主要表現(xiàn)在指令的表達(dá)方式和指令的完整性上。有些廠家在控制指令方面開發(fā)得較全，有些廠家在數(shù)字運(yùn)算指令方面開發(fā)得較全，而大多數(shù)廠家在邏輯指令方面都開發(fā)得較完善。在選擇機(jī)型時(shí)，應(yīng)從指令系統(tǒng)方面注意下述內(nèi)容：

(1)指令系統(tǒng)的總語句數(shù)。它反映了整個(gè)指令所包括的全部功能。

(2)指令系統(tǒng)的種類。主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制指令，具體的需求則與實(shí)際要完成的控制功能有關(guān)。

(3)指令系統(tǒng)的表達(dá)方式。指令系統(tǒng)表達(dá)方式有多種，有的包括梯形圖、控制系統(tǒng)流程圖、語句表、順控圖、高記語言等多種表達(dá)方式;有的只包括其中一種或兩種表達(dá)方式。

(4)應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)。程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)和子程序式的程序結(jié)構(gòu)，前一種有利于應(yīng)用軟件編寫和調(diào)試，但處理速度慢，后一種響應(yīng)速度快，但不利于編寫和現(xiàn)場調(diào)試。

(5)軟件開發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時(shí)，還要考慮到軟件的開發(fā)手段。有的廠家在此基礎(chǔ)上還開發(fā)了專用軟件，可利用通用的微型機(jī)(例如IBM-PC)作為開發(fā)手段，這樣就更加方便了用戶的需要。

四、I/O模塊的選擇

I/O部分的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上，不同的I/O模塊，由于其電路和性能不同，全自動(dòng)變頻柜，直接影響著PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

1、輸入模塊的選擇

輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場的輸入信號，并將輸入的高電平信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號。輸入模塊的種類，按電壓分類有直流5V、12V、24V、48V、60V，交流115V、220V。按電路形式不同分為匯點(diǎn)輸入式和分隔輸入式兩種。

選擇輸入模塊時(shí)應(yīng)注意：

(1)電壓的選擇。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間的距離來考慮，一般5V、12V、24V屬低電壓，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如5V模塊遠(yuǎn)不得超過10m，創(chuàng)新的變頻柜，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備應(yīng)選用較高電壓的模塊。

(2)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。高密度的輸入模塊(32點(diǎn)、64點(diǎn))同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度，一般來講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60%。

(3)門檻電平。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。

2、輸出模塊的選擇

輸出模塊的作用是將PLC的輸出信號傳遞給外部負(fù)載，并將PLC內(nèi)部的低電平信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號。輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出、晶體管輸出和雙向可控硅輸出三種。此外，輸出電壓和輸出電流也各有不同。

選擇輸出模塊時(shí)應(yīng)注意：

(1)輸出方式的選擇。繼電器輸出的價(jià)格便宜，適用電壓范圍較寬，導(dǎo)通壓降小。但它是原有觸點(diǎn)元件，其動(dòng)作速度較慢、壽命較短，因此適用于不頻繁通斷的負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感負(fù)載時(shí)其max通斷頻率不得超過1Hz。對于頻繁通斷的低功率因數(shù)的電感負(fù)載，應(yīng)采用無觸點(diǎn)開關(guān)元件，即選用晶體管輸出(直流輸出)或雙向可控硅輸出(交流輸出)。

(2)輸出電流。輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值。模塊輸出電流的規(guī)格很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流的大小選擇。

(3)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端允許通過的電流值。通常同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不宜超過輸出點(diǎn)數(shù)的60%。

五、電源模塊的選擇

電源模塊的選擇很簡單，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和，并留有一定的裕量。在選擇電源模塊時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

(1)電源模塊的輸入電壓。電源模塊可以包括各種各樣的輸入電壓，有220V交流、110V交流和24V直流等。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況選擇，確定了輸入電壓后，也就確定了系統(tǒng)供電電源的輸出電壓。

(2)電源模塊的輸出功率。在選擇電源模塊時(shí)，完善的變頻柜，其額定輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊等總的消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機(jī)單元又要為擴(kuò)展單元供電時(shí)，從主機(jī)單元到遠(yuǎn)一個(gè)擴(kuò)展單元的線路壓降必須小于0.25V。

(3)擴(kuò)展單元中的電源模塊。在有的系統(tǒng)中，由于擴(kuò)展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊，就要求在擴(kuò)展單元中安裝相應(yīng)的電源模塊。這時(shí)相應(yīng)的電源模塊輸出功率可按各自的供電范圍計(jì)算。

(4)電源模塊接線。選定了電源模塊后，還要確定電源模塊的接線端子和連接方式，以便正確地進(jìn)行系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)。一般的電源模塊的輸入電壓是通過接線端子與供電電源相連的，而輸出信號通過總線插座與可編程控制器CPU的總線相連。

(5)系統(tǒng)的接地。電源模塊接地線選擇不小于10mm2的銅導(dǎo)線。與交流穩(wěn)壓器、UPS不間斷電源、隔離變壓器等及系統(tǒng)的接地之連線盡可能短;系統(tǒng)的地線也要和機(jī)殼相連。

(6)使用環(huán)境條件。在選擇PLC時(shí)，要考慮使用現(xiàn)場的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般要考慮的有：環(huán)境溫度、相對濕度、電源允許波動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。

前幾天有個(gè)朋友問了個(gè)有關(guān)于S7-1200PLC中的模擬量的轉(zhuǎn)換問題，他跟我說S7-300中有FC105和FC106用于做模擬量的轉(zhuǎn)換過程，S7-200 中也有scaling轉(zhuǎn)換庫指令，可以用于模擬的轉(zhuǎn)換。但在S7-1200中為什么就沒有相應(yīng)的庫去做轉(zhuǎn)換呢？

對于S7-1200的PLC來講，并沒有S7-300中使用到的FC105和FC106這兩個(gè)塊的，但是做法有要幾種，這里跟大家說兩種方法：

（方法一）S7-1200中提供了兩條指令供大家使用，大家在使用者兩條指令時(shí)，就可以用于完成模擬量的轉(zhuǎn)換過程。（1）NORM_X：標(biāo)準(zhǔn)化  （2）SCALE_X：縮放

（1）NORM_X：標(biāo)準(zhǔn)化

“標(biāo)準(zhǔn)化”指令，通過將輸入 VALUE 中變量的值映射到線性標(biāo)尺對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。 可以使用參數(shù) MIN 和 MAX 定義范圍的限值。 輸出 OUT 中的結(jié)果經(jīng)過計(jì)算并存儲為浮點(diǎn)數(shù)，這取決于要標(biāo)準(zhǔn)化的值在該值范圍中的位置。 如果要標(biāo)準(zhǔn)化的值等于輸入 MIN 中的值，則輸出 OUT 將返回值“0.0”。 如果要標(biāo)準(zhǔn)化的值等于輸入 MAX 的值，則輸出 OUT 需返回值“1.0”。如果是用于模擬量的轉(zhuǎn)換，則MIN和MAX表示的就是我們模擬量模塊輸入信號對應(yīng)的數(shù)字量的范圍，而VALUE表示的就是我們的模擬量模塊的采用值。如下圖所示：

（2）SCALE_X：縮放

“縮放”指令，通過將輸入 VALUE 的值映射到指頂?shù)闹捣秶鷣韺ζ溥M(jìn)行縮放。 當(dāng)執(zhí)行“縮放”指令時(shí)，輸入 VALUE 的浮點(diǎn)值會縮放到由參數(shù) MIN 和 MAX 定義的值范圍。 縮放結(jié)果為整數(shù)，存儲在 OUT 輸出中。

所以通過這兩個(gè)指令，我們就可以實(shí)現(xiàn)模擬量的轉(zhuǎn)換過程。如下圖所示：

（方法二） 可以自己通過轉(zhuǎn)換指令（CONVERT）及數(shù)學(xué)函數(shù)中的計(jì)算指令（CALCULATE），按照模擬量的轉(zhuǎn)換公式編寫這個(gè)計(jì)算指令。

模擬量轉(zhuǎn)換公式：

編寫計(jì)算公式時(shí)，首先定義好各個(gè)管腳所對應(yīng)的公式中的名稱，

IV：IN1

Ish：IN2

Isl：IN3

Osh：IN4

Osl：IN5

OV：OUT

在生產(chǎn)的指令上面輸入相應(yīng)的參數(shù)即可：

當(dāng)然在會用的過程中，也可以直接使用帶參數(shù)的FC按照模擬量的轉(zhuǎn)換公式去編寫相應(yīng)的程序。若有不對之處請指正，謝謝

來源:我愛學(xué)PLC

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