西门子PLC模拟量处理方法.docx

西门子PLC有多种类型，例如：西门子PLC S7-200系列和西门子PLC S7-300、S7-1200/1500系列等，他们广泛的应用在各种工业自动化领域。用户在使用过程中，需要对模拟量进行处理，来实现各种逻辑。下面简要 介绍一下西门子PLC模拟量处理方法。
西门子PLC模拟量处理方法
1. 标准信号
在电动传感器时代，中央控制成为可能，这就需要检测信号的远距离传送。但是纷繁复杂的物理量信号直接传送会大大降低仪表的适用性。而且大多传感器属于弱信号型，远距离传送很容易出现衰减、干扰的问题。因此才出现了二次变送器和标准的电传送信号。二次变送器的作用就是将传感器的信号放大成为符合工业传输标准的电信号，如0-5V、0-10V或4-20mA(其中用得更多的是4-20mA)。而变送器通过对放大器电路的零点迁移以及增益调整，可以将标准信号准确的对应于物理量的被检测范围，如0-100℃或-10-100℃等等。这是用硬件电路对物理量进行数学变换。中央控制室的仪表将这些电信号驱动机械式的电压表、电流表就能显示被测的物理量。对于不同的量程范围，只要更换指针后面的刻度盘就可以了。更换刻度盘不会影响仪表的根本性质，这就给仪表的标准化、通用性和规模化生产带来的无可限量的好处。
2. 数字化仪表
到了数字化时代，指针式显示表变成了更直观、更精确的数字显示方式。在数字化仪表中，这种显示方式实际上是用纯数学的方式对标准信号进行逆变换，成为大家习惯的物理量表达方式。这种变换就是依靠软件做数学运算。这些运算可能是线性方程，也可能是非线性方程，现在的电脑对这些运算是易如反掌。
3. 信号变换中的数学问题
信号的变换需要经过以下过程：物理量-传感器信号-标准电信号-A/D转换-数值显示。
为简单起见，我们在此讨论的是线性的信号变换。同时略过传感器的信号变换过程。
假定物理量为A，范围即为A0-Am，实时物理量为X;标准电信号是B0-Bm，实时电信号为Y;A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z。
如此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，及Y=f(X)。由于是线性关系，得出方程式为Y=(Bm-B0)*(X- A0)/(Am-A0)+B0。又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方程Z=f(X)可以表示为Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am- A0)+C0。那么就很容易得出逆变换的数学方程为X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。
4. PLC中逆变换的计算方法
以西门子PLC S7-200和4-20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400-32000，及C0=6400，Cm=32000。于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
例如某温度传感器和变送器检测的是-10-60℃，用上述的方程表达为X=70*(Z-6400)/25600-10。经过PLC的数学运算指令计算后，西门子HMI可以从结果寄存器中读取并直接显示为工程量。
用同样的原理，我们可以在HMI上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值。
在西门子PLC S7-200中，(Z-6400)/25600的计算结果是非常重要的数值。这是一个0-1.0(100%)的实数，可以直接送到PID指令(不是指令向导)的检测值输入端。PID指令输出的也是0-1.0的实数，通过前面的计算式的反计算，可以转换成6400-32000，送到D/A端口变成 4-20mA输出。