模拟量输入输出配置及数值的规范化

一、算术运算和转换指令

模拟量的处理过程中，我们需要对一些数据进行运算，这就需要用到算术运算指令。但是，不同类型的数据是不能直接运算的，必须将它们转换成相同类型的数据，这就需要用到转换指令。下面先介绍一下算术运算指令。

算术运算指令按照操作的对象来分类，可以分为整数的算术运算指令和浮点数的算术运算指令。

1.1整数的算术运算指令
包括单整数和双整数的加、减、乘、除运算指令以及双整数的取余指令。这些指令的结构类似，这里仅以单整数除法指令为例说明。
单整数除法指令
单整数除法指令的运算规则为： IN1÷IN2=OUT

例如如图所示的程序，运算结果为6。

二、浮点数的算术运算指令
浮点数算术运算指令与整数算术运算指令除了操作数的数据类型不同外，其指令功能是一样的。浮点数算术运算后的结果依然是浮点数。下图列出了加、减、乘、除浮点数算术运算的梯形图。

三、转换指令

不同类型的数据是不能直接进行运算的，如果我们要对它们进行运算，就要将其转换成为同类型的数据，这就需要用到转换指令。
转换指令包括转换值、取整、浮点数向上取整、浮点数向下取整、截尾取整指令。而这些指令的结构都是类似的，这里仅以转换值中的单整数转换为双整数为例来说明。

3.1单整数转换为双整数指令
该指令是将IN指定的单整数读出，并将其转换为双整数，输出到OUT端。

例如如图所示的程序，MD10中所存储的就是双整数格式的8。

模拟量基础

一、模拟量用途

生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、速度、旋转速度、pH值、粘度等。为了实现自动控制，这些模拟信号需要被PLC处理。
测量传感器利用线性膨胀、角度扭转或电导率变化等原理来测量物理量的变化，反应所需测量信息的变化量。
测量变送器将传感器检测到的变化量转换为标准的模拟信号，如:± 500mV，± 10V，± 20mA等。这些标准的模拟信号将接到模拟输入模块上。

自动控制的实现缺少不了执行机构，例如阀门、加热器、变频调速等。对于精确控制，执行机构输出效果通常是连续可调的，例如阀门50%开度，电机转速1000r/min。
执行机构所能接收的是标准的模拟信号，如:± 500mV，± 10V，± 20mA等，并将该信号线性转换为执行效果。
因此，执行机构需要接入模拟量输出模块上。

二、量程范围

三、模拟量表达方式

AI8×12Bit
AI8表示有8点模拟量的输入，12Bit表示分辨率是 12位，而分辨率为精度加符号位，所以在分辨率的12位中，包含了精度11位和符号位1位。精度位数越多，所能反应的最小变化量越小。
这个最小变化量可以由下式求得：
最小变化量=量程范围/2^精度位数

四、模拟量的转换数值

模拟量经A/D转换后的数字称为模拟值，模拟值可以被CPU处理。

模拟量输入转换数值：

模拟量输出转换数值：

模拟量输入输出配置及数值的规范化

一、模拟量输入输出配置

1、模拟量输入配置模拟量输入模块信号类型和量程的设置方法有2种，一是使用量程卡和博途设置，二是使用硬接线和博途设置。

如果使用第一种方法，量程卡安装在模拟量输入模块的侧面，随模拟量模块一起提供。每两个通道共用一个量程卡，可选设置有A、B、C、D共4种，如下表所示。使用量程卡时，按需要设置量程卡的位置，再在博途中进行相关的参数设置。

如果使用第二种方法，可通过不同的端子接线方式，再在博途中进行相关的参数设置。下面我们以314C-2 PN/DP模拟量输入为例，主要看一下这种方法，该种PLC包含4路模拟量输入通道（AICH0~AI CH3）。
AICH0电压量：2-4
AICH0电流量：3-4

以模拟量输入CH0为例，有三个接线端子，依次编号为2、3 和4。如果输入为电压类型信号，使用2和4接入；如果输入为电流类型信号，使用3和4接入。其中4为CH0的公共端。

再看一下在博途中的相关参数设置：

对于模拟量输入CH0，即通道0，我们可以设置测量类型、测量范围和干扰频率抑制。其中测量类型包括电压和电流，测量范围包括0-10V、+/-10V、0-20mA、4-20mA和+/-20mA，干扰频率抑制包括50Hz、60Hz和400Hz。

测量类型和测量范围大家根据自己的需要进行选择设置。干扰频率抑制功能，可抑制由 AC 电压电源频率产生的噪声，根据所用线路频率选择干扰频率。在欧洲、澳大利亚以及亚洲和非洲的大多数国家/地区，均使用 50 Hz 的线路频率。而在北美和中美以及南美洲的大多数国家/地区，电网的线路频率 60 Hz。400 Hz 的频率则常用于航空领域和军事应用中飞机的机载网络

2、模拟量输出配置
模拟量输出模块将PLC的数字信号转换成过程所需的电压或电流模拟量信号，用于连接模拟量执行器，对其进行调节和控制。这里依然以314C-2 PN/DP模拟量输出为例，来讲一下模拟量输出的连接和配置，该种PLC包含2路模拟量输出通道（ AO CH0~AO CH1）。
AOCH0电压量：16-20
AOCH0电流量：17-20

以模拟量输出CH0为例，有三个接线端子，依次编号为16、 17和20。如果输出为电压类型信号，使用16和20接出；如果输出为电流类型信号，使用17和20接出。其中20为MANA，是所有输出的公共端。

再看一下在博途中的相关参数设置：

对于模拟量输出CH0，即输出0，我们可以设置输出类型和输出范围。其中输出类型包括电压和电流，输出范围包括0-10V、 +/-10V、0-20mA、4-20mA和+/-20mA，大家根据自己的需要进行选择设置。

二、模拟量数值的规范化

1、模拟量的规范化读入
模拟量输入模块的输入信号都与实际的物理量相对应，例如用一个温度传感器，通过变送器来测量温度，测量范围为0~100℃ ，对应的输出电压为0 ~ 10V。将该模拟量信号接入模拟量输入模块，对应于0 ~ 10V的电压信号，其转换值为0 ~ 27648，如果对该数值直接进行处理，会有一些不便，比如由于运算结果过大出现存储溢出的情况；也会对当前的数值指代的实际物理量大小不够明确，例如值为 10000对应的实际物理量为多大？这时应该进一步将0 ~ 27648的值转换为实际物理量值(如0 ~ 100)，这个过程称为“规范化”。

在博途软件中，有可用于模拟量规范化读入的功能 “SCALE”，将模拟量输入模块经过A/D转换所得到的模拟值，转换为以工程单位表示的数值，如图所示：

其中： IN:欲转换的单整型输入值，即模拟量输入模块经过A/D转换所得到的模拟值； LO_LIM：以工程单位表示的下限值，实数类型； HI_LIM：以工程单位表示的上限值，实数类型； BIPOLAR：“1”表示输入值为双极性，“0”表示输入值为单极性； RET_VAL：指令执行状态指示，如果该指令执行出错，则返回一个非0数值，如果该指令执行无错，则返回值为0； OUT：规范化后的值，实数类型。
IN与OUT为线性关系，下面看一个例子。

模拟量输入模块A/D转换的模拟值为 0~27648，将该值转换为温度0~800.0℃的数值。

如图所示，IW2对应一个模拟量输入通道，其中为输入模块 A/D转换得到的模拟值，单整数类型，数值范围在0~27648，该值为单极性，M0.0保证了BIPOLAR始终为0；该值经转换后，得到的以℃为单位的实数，保存在MD20中，该实数的上限为800.0，下限为0.0。

2、模拟量的规范化输出在博途软件中，有可用于模拟量规范化输出的功能 “UNSCALE”，其作用为接收一个以工程单位表示，且标定了上下限的输入值，该输入值为实数类型，并将其转换为一个单整型的数值，如图所示：

其中： IN:欲转换的实数型输入值； LO_LIM：以工程单位表示的下限值，实数类型； HI_LIM：以工程单位表示的上限值，实数类型； BIPOLAR：“1”表示输入值为双极性，“0”表示输入值为单极性； RET_VAL：指令执行状态指示，如果该指令执行出错，则返回一个非0数值，如果该指令执行无错，则返回值为0； OUT：转换后的结果，单整数类型。
IN与OUT为线性关系，下面看一个例子。

调节阀的调节幅度为 0~100%，将其转换为0~27648的单整数进行输出。

如图所示，MD20中为欲转换的输入值，实数类型，数值范围为0.0~100.0，该值为单极性，M0.0保证了BIPOLAR始终为0 ；该值经转换后，为单整数类型，数值范围为0~27648，输出到QW2中，而QW2则对应了一个模拟量的输出通道。