一、任務(wù)目標(biāo)

該任務(wù)是功能指令應(yīng)用案例，使用功能指令有助于我們理清編程思路。本任務(wù)使用了標(biāo)準(zhǔn)化及縮放指令，在實(shí)際應(yīng)用中這兩個(gè)指令應(yīng)用非常廣泛。本任務(wù)除了指令的解讀之外，還涉及模擬量相關(guān)知識(shí)。

本任務(wù)要求讀者掌握以下幾個(gè)內(nèi)容：

1.模擬量與數(shù)字量的關(guān)系

2.溫度傳感器的接線(xiàn)

3.模擬量與實(shí)際物理量的轉(zhuǎn)換

4.標(biāo)準(zhǔn)化指令和縮放指令的使用

二、任務(wù)描述

如圖3-5-1所示此溫度傳感器可采集車(chē)間溫度，傳感器（DC0-10V）把測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋給PLC，PLC可通過(guò)計(jì)算得到實(shí)際的溫度值，以便于在HMI上顯示：

圖3-5-1 溫度采集示意圖

三、相關(guān)知識(shí)

本案例需要了解的知識(shí)有模擬量的概念;模擬量與數(shù)字量的基本轉(zhuǎn)換關(guān)系；溫度傳感器的接線(xiàn)；涉及編程主要掌握的是標(biāo)準(zhǔn)化及縮放指令的使用。

01 模擬量控制簡(jiǎn)介

（1）在工業(yè)控制中，某些輸入量（溫度、壓力、液位、流量等）是連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，某些被控對(duì)象也需模擬信號(hào)控制，因此要求PLC有處理模擬信號(hào)的能力。PLC內(nèi)部執(zhí)行的均為數(shù)字量，因此模擬量處理需要完成有兩方面任務(wù)：一是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（A/D轉(zhuǎn)換）；二是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量（D/A轉(zhuǎn)換）。

（2）模擬量處理過(guò)程如圖3-5-2所示。這個(gè)過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段：

圖3-5-2 模擬量處理過(guò)程

①模擬量信號(hào)的采集，由傳感器來(lái)完成。傳感器將非電信號(hào)（如溫度、壓力、液位等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

注意：此時(shí)的信號(hào)為非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

②非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，此項(xiàng)任務(wù)由變送器來(lái)完成。傳感器輸出的非標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給變送器，經(jīng)變送器將非標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)分為電壓型和電流型兩種類(lèi)型。電壓型的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)DC0-10V和0-5V等；電流型的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為DC0-20MA和DC4-20MA。

③A/D轉(zhuǎn)換。變送器將其輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送給模擬量輸入擴(kuò)展模塊后，模擬量輸入擴(kuò)展模塊將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)。

02 溫度傳感器接線(xiàn)

（1）變送器信號(hào)的選擇：

①電壓型變送器的選用：早期的變送器大多為電壓輸出型，即測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-5V或0-10V電壓輸出。這是運(yùn)算放大器直接輸出，信號(hào)功率小于0.05W，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供S7-1200PLC讀取、控制。但在信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)合，電壓輸出型變送器的使用受到了極大限制，暴露了抗干擾能力較差、線(xiàn)路損耗導(dǎo)致精度降低等缺點(diǎn)；所以電壓信號(hào)一般只使用與短距離傳輸。

②電流型變送的選用：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的距離較遠(yuǎn)，連接電線(xiàn)的電阻較大時(shí)，如果用電壓信號(hào)遠(yuǎn)傳，電線(xiàn)電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差，而用恒電流信號(hào)遠(yuǎn)傳，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流將不會(huì)隨電線(xiàn)長(zhǎng)短而改變，從而保證了傳送的精度；所以一般遠(yuǎn)距離傳輸用的都是電流信號(hào)。

（2）溫度變送器及傳感器，如圖3-5-3：

圖3-5-3 溫度變送器及傳感器器

（3）變送器的類(lèi)型及接線(xiàn)

變送器分為四線(xiàn)制、三線(xiàn)制、二線(xiàn)制接線(xiàn)法。這里討論的“線(xiàn)制”，是以傳感器或儀表變送器是否需要外供電源來(lái)區(qū)別的，而并不是指模塊需要幾根線(xiàn)或該變送器有幾根輸出信號(hào)線(xiàn)。以下介紹三線(xiàn)制電壓型變送器接線(xiàn)方法如圖3-5-4：

圖3-5-4 溫度變送器接線(xiàn)

03 模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換

在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，讀者往往采集溫度、壓力、流量等信號(hào)，那么在程序中如何處理這些模擬量信號(hào)呢？換句話(huà)說(shuō)編寫(xiě)模擬量程序的目的是什么呢？編寫(xiě)模擬量程序的目的是將模擬量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，最終將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成工程量（物理量）。

模擬量轉(zhuǎn)換為工程量分為單極性和雙極性?xún)煞N。雙極性的-27648對(duì)應(yīng)工程量的最小值，27648對(duì)應(yīng)工程量的最大值。

單極性模擬量分為兩種，即4-20mA和0-10V、0-20mA。

（1）第一種為4-20mA,是帶有偏移量的。

因?yàn)?mA為總量的20%，而20mA轉(zhuǎn)換為數(shù)字量為27648，所以4mA對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為5530。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量是S7-1200PLC完成的，讀者要在程序中將這些數(shù)值轉(zhuǎn)換為工程量。

（2）第二種是沒(méi)有偏移量的

沒(méi)有偏移量的是如0-10V、0-20mA等模擬量，27648對(duì)應(yīng)最大工程量，0對(duì)應(yīng)工程量的最小值。

（3）模擬量信號(hào)（0-10V、0-5V或0-20mA）在S7-1200PLC CPU內(nèi)部用0-27648的數(shù)值表示（4-20mA對(duì)應(yīng)5530-27648），這兩者之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，如圖3-5-5

圖3-5-5 模擬量信號(hào)與數(shù)字量曲線(xiàn)

04 標(biāo)準(zhǔn)化指令和縮放指令

（1）標(biāo)準(zhǔn)化指令（NORM_X）

NORM_X指令：使用“NORM_X”指令，可將輸入VALUE中變量的值映射到線(xiàn)性標(biāo)尺對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)化。使用參數(shù)MIN和MAX定義輸入VALUE值范圍的限值：

LAD	參數(shù)	數(shù)據(jù)類(lèi)型	說(shuō)明
	EN	BOOL	允許輸入
	ENO	BOOL	允許輸出
	MIN	整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)	取值范圍的下限
	VALUE	整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)	要標(biāo)準(zhǔn)化的值
	MAX	整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)	取值范圍的上限
	OUT	浮點(diǎn)數(shù)	標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果

注意：可以從指令框“”下拉列表中選擇該指令的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

標(biāo)準(zhǔn)化指令的計(jì)算公式是：OUT= (VALUE - MIN) / (MAX - MIN)，其中 (0.0 <= OUT <= 1.0)，計(jì)算原理如圖3-5-6

圖3-5-6 標(biāo)準(zhǔn)化指令公式對(duì)應(yīng)計(jì)算原理圖

用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)化指令（NORM_X）的使用，梯形圖如圖3-5-7所示：

當(dāng)I0.0閉合激活標(biāo)準(zhǔn)化指令，要標(biāo)準(zhǔn)化的VALUE存儲(chǔ)在MW10中，VALUE的范圍是0-27648，將VALUE標(biāo)準(zhǔn)化的輸出范圍是0.0-1.0。假設(shè)MW10中是13824，那么MD12中的標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果是0.5。

圖3-5-7 標(biāo)準(zhǔn)化指令示例

（2）縮放指令（SCALE_X）

SCALE_X指令：使用“SCALE_X”指令，可將輸入VALUE的值映射到指定的值范圍來(lái)對(duì)其縮放。當(dāng)執(zhí)行縮放指令時(shí)，輸入VALUE的浮點(diǎn)值會(huì)縮放到有參數(shù)MIN和MAX定義的值范圍。縮放結(jié)果為整數(shù)，存儲(chǔ)在OUT輸出中?？s放指令參數(shù)見(jiàn)下表：

注意：可以從指令框“”下拉列表中選擇該指令的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

縮放指令的計(jì)算公式是：OUT= VALUE (MAX - MIN) + MIN，其中 (0.0 <= VALUE <= 1.0)，計(jì)算原理如圖3-5-8；

用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)化指令（NORM_X）的使用，梯形圖如圖3-5-8所示，當(dāng)I0.0閉合激活標(biāo)準(zhǔn)化指令，要標(biāo)準(zhǔn)化的VALUE存儲(chǔ)在MD16中，VALUE的范圍是0-27648，將VALUE標(biāo)準(zhǔn)化的輸出范圍是0-27648。假設(shè)MD10中是0.5，那么MW20中的標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果是13824。

圖3-5-8 縮放指令示例

四、任務(wù)實(shí)施

本任務(wù)的實(shí)施步驟主要分為PLC接線(xiàn)、IO地址分配以及程序設(shè)計(jì)思路：

01 IO地址分配

02 程序設(shè)計(jì)思路

1）使用標(biāo)準(zhǔn)化指令，把采集過(guò)來(lái)的模擬量值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的范圍值在0.0-1.0之間。

2）再使用縮放指令，把標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值進(jìn)行縮放，縮放后的范圍值在溫度傳感器量程（-50.0-200.0℃）范圍之間。

03 程序設(shè)計(jì)

五、經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

1、模擬量的換算，主要是要理解模擬量與數(shù)字量之間的關(guān)系。

2、在本任務(wù)中，主要使用的是標(biāo)準(zhǔn)化和縮放指令進(jìn)行模擬量采集換算，換算的時(shí)候要注意數(shù)字量及工程量數(shù)值的填寫(xiě)，以免換算錯(cuò)誤。

3、在上述例子中，溫度傳感器的量程為-50℃-200℃，所以在縮放指令中需要正確填寫(xiě)數(shù)值。

4、如果現(xiàn)場(chǎng)有多個(gè)溫度傳感器，可以使用帶參數(shù)子程序的方式編寫(xiě)更加方便。

5、如果現(xiàn)場(chǎng)的傳感器是4-20mA電流輸出的，那么在標(biāo)準(zhǔn)化指令中的MIN管腳填寫(xiě)的數(shù)值應(yīng)該是5530，而不是0。

審核編輯：劉清