PLC模拟量控制基础与实践指南

一、模拟量概述

在工业现场环境中，精确监控与控制诸如温度、压力以及控制阀的开度等物理量是至关重要的。这些物理量因其连续变化的特性，无法直接通过数字信号进行实时捕捉或调控，因此被定义为模拟量。模拟量是与时间相关、连续变化的物理量，与数字信号（如开关状态）形成鲜明对比。

二、模拟量控制系统的架构

PLC（可编程逻辑控制器）系统内部以二进制形式存储和处理数据，而外部的物理量（如压力、流量）则无法直接为CPU所识别。为此，需通过传感器和变送器将这些物理量转换为PLC可接收的标准信号。标准信号分为单极性和双极性两种，经A/D（模/数）转换模块转换为数字信号（如0-27648或-27648至+27648），进而由内部程序处理以实现监控与控制。反之，D/A（数/模）转换模块则用于将数字信号转换为模拟信号，以驱动现场设备如比例阀、变频器等。

三、模拟量线性转换公式解析

A/D与D/A转换之间存在一定的数学关系，即模拟量与数值量之间的换算关系。以0-20mA模拟量信号为例，其在S7-200 SMART PLC内部对应0-27648的数值范围；而4-20mA信号则对应5530-27648的数值范围。不同量程和输出范围的传感器在相同物理量下会产生不同的模拟量电流，从而在PLC内部表现为不同的数值。

模拟量转换的最终目的是获取具体的物理量数值（如压力、流量）或物理量占量程的百分比，而非仅仅是一个数字。为此，可采用以下通用换算公式：

Ov = [(Osh - Osl) \times (Iv - Isl) / (Ish - Isl)] + Osl\] 其中：- \(Ov\)：换算结果 - \(Osh\)：换算结果的高限 - \(Osl\)：换算结果的低限 - \(Iv\)：换算对象（即PLC内部数值） - \(Ish\)：换算对象的高限（即PLC内部数值范围上限） - \(Isl\)：换算对象的低限（即PLC内部数值范围下限）

四、量程转换指令库简介

为方便使用，本文提供了量程转换指令库，用户可将其添加到Micro/WIN SMART编程软件中。

该指令库包含两个子程序：

- **S_ITR**：用于模拟量输入到PLC内部数据的转换。

- **S_RTI**：用于PLC内部数据到模拟量输出的转换。在使用自行编写的指令库时，需确保参与运算的数据类型一致。

此外，下载并添加至软件中的库文件默认路径为`C:\Users\Public\Documents\Siemens\STEP7-MicroWIN SMART\Lib`，不建议更改，以免导致库文件无法打开。下载的库文件格式为`.smartlib`，双击无法直接打开，需通过Micro/WIN SMART软件导入。

五、总结与提示

1. **指令库使用**：S_ITR用于模拟量输入转换，S_RTI用于模拟量输出转换。

2. **数据类型一致性**：在编写指令库时，需确保不同数据类型的地址已换算为统一类型。

3. **默认路径**：下载库文件时，请遵循默认路径，以避免库文件打开失败的问题。

4. **文件格式**：下载的库文件为`.smartlib`格式，需通过Micro/WIN SMART软件导入使用。

通过本文的分享，读者应已掌握模拟量的基本概念、控制系统架构以及量程转换指令库的使用。希望这些信息能对您的工业控制项目有所帮助。