3 模拟量模块的分辨率

模拟量模块的分辨率指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2的n次方的比值。通常以数字信号的位数来表示。

模拟量输入模块中的A/D转换器将模拟量数字化，模拟量模块的分辨率反映的是模块测量的最小变化量，可从分辨率得到的增量值计算出测量信号的最小变化量。

如一个AI模块测量0～10V的分辨率为13位，其中有一位是符号位，它的测量值有212=4096个增量，那么：

测量范围0～10V由分辨率产生的最小变化量就是10V/4096=0.0024V，即为2.4mV。

如一个AI模块测量0～10V的分辨率为16位，其中有一位是符号位，它的测量值有215=32768个增量，那么：

测量范围0～10V由分辨率产生的最小变化量就是10V/32768=0.0003V，即为0.3mV。

4模拟量模块的干扰频率抑制与滤波

采用积分式测量原理的模拟量模块，有一个参数是“干扰频率抑制”，可选择“干扰频率（转换时间）”，如“50Hz(60ms)”。干扰频率的倒数就是通道测量的积分时间。如选择“干扰抑制频率为50Hz时，积分时间为20ms，设置如图2所示。

图2. 干扰抑制频率设置

干扰频率抑制功能的目的是为了抑制模拟电路中电源电压频率产生的噪声，因此要达到良好的噪声抑制效果，干扰频率的选择要与线路频率一致，这个线路频率就是交流电源电网中使用的频率，如欧洲、亚洲及非洲的大部分国家/地区均使用的是50Hz的线路频率，美洲的大部分国家/地区使用的是60Hz的线路频率。

要注意的是，积分时间的大小将影响通道的转换时间，设置的频率越高，转换时间越短。为了减少转换时间而调整干扰频率将可能产生额外的测量误差。

模拟量输入模块还有一个参数“滤波”，可以选择几个滤波等级，是一种平均值滤波方式，例如无/弱/中/强，对应的计算平均值的测量值的个数与模块有关，比如1/4/16/32个测量值的平均。

5热电偶冷端补偿方式

热电偶是利用不同材料的金属在如图3所示的测量点⑦和连接点⑤之间的温度差产生的电位势来测量测量点的温度，这就需要确定连接点的温度。在实际应用中我们会通过与热电偶相同材质的补偿导线将热电偶的冷端引到指定位置，即基准结③，便于测量这个冷端补偿温度。

图3. 热电偶说明

这里介绍几种常用的PLC模拟量模块热电偶冷端补偿方式。

5.1 内部基准结

使用模拟量模块中集成的传感器测量基准结温度，如图4所示。

要注意的是， ET200SP的热电偶模块采用内部基准结补偿时要选择A1类型的基座单元，如：6ES7193-6BP40-0DA1，这种基座单元可用于测量热电偶连接端子的温度。

图4. 内部基准结示意

5.2 模块的参考通道

这种补偿方式是使用模块本体自带的热电偶补偿通道，通过热敏电阻测量外部的基准结温度实现补偿。如S7-1500的模拟量模块6ES7 531-7KF00-0AB0有这个功能，如图5所示。

这种补偿方式比内部基准结的补偿方式的补偿精度高。

图5. 模块的参考通道示意

5.3 组0..3的参考通道

在ET200SP的机架中可将任何一个模拟量模块的热敏电阻测量通道设置为“组0..3的参考通道”，本模块或机架中其它的热电偶通道可设置“组0..3的参考通道”测量的温度自动作为它的补偿温度，如图6所示。

要注意的是，组态“组0..3的参考通道”的热敏电阻通道时需要满足下面条件：

测量类型：热敏电阻（四线制）

测量范围：气候型范围

图6. 组0..3的参考通道示意

5.4 固定参考温度

这种补偿方式要将基准结放置在通道所组态的固定补偿温度环境中，如图7所示。

图7. 固定参考通道示意

5.5 动态参考温度

这种补偿方式是在用户程序中通过WRREC指令向模块写数据记录的方式设置基准结温度。这种补偿方式的好处是灵活，特定条件下我们可将所有模块的热电偶的基准结设置在一个地方，而只需要一个热敏电阻补偿所有通道，如图8所示。

要注意的是,这种补偿方式要求至少每5分钟写一次基准结温度数据，否则模块将报“参考通道错误”。

图8. 动态参考温度示意

6什么是过采样

当我们需要实现高时间分辨率的数据采集，但总线和/或程序循环的周期不能足够短时，可采用模块的过采样功能。

过采样的功能是基于高速型(HS)IO模块可将一个发送时钟细分为2 ~32时间相等的子循环，如果按S7-1500最短的发送时钟250μs，ET200SP的DI模块细分为最多32个子循环计算，子循环的时间能达到7.8125μs。每个子循环，输入模块采样一次，输出模块则返回一个输出值，而在每个发送时钟内CPU和接口模块(IM)交换一次数据，如图9所示。

图9. 过采样示意

过采样使用条件：

接口模块支持等时同步

IO模块为HS型，支持过采样

组态等时同步模式

组态界面以ET200SP DI 8x24VDC HS为例，如图10所示：

图 10. 过采样组态

发送时钟设置为1ms，采样率设置为10，模块实现了1ms内采样10次，信号达到了100μs的高时间分辨率。

7源型和漏型

在晶体管型数字量模块的选型和接线中，通常会接触到源型和漏型的概念，会产生以下疑问：

如何区分源型和漏型

源型和漏型与晶体管的NPN和PNP有什么关系

模块的源型和漏型与信号电平是什么关系

源型和漏型是通过相对于数字量模块电流的流向来区分的，漏型是电流流入，源型是电流流出。下面分别通过表格来说明它们的区别和关系。

7.1 数字量输入模块

表1展示了数字量输入模块的源型和漏型。

表1. 数字量输入模块

7.2 数字量输出模块

表2展示了数字量输出模块的源型和漏型。

表2. 数字量输出模块

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