模拟量控制类---模拟量输入与输出 模拟量初步认识与单位换算编程方式

【模拟量的认识】

1、模拟量的概念：

模拟量是指变量在一定范围内连续变化的量，也就是在一定范围内可以取任

意值。

对于PLC而言，模拟量是以模拟量输入和模拟量输出两种形式呈现。

我们常见的模拟量输入信号，如：温度、压力、称重、流量、浓度、湿度、PH值（酸碱度）、光照强度、位移测距、雷达测速等等，这些需要将数据传送到PLC接收的信号，都称为模拟量输入信号。

而模拟量输出信号，如：控制阀门大小，控制变频器频率变化等。这些需要PLC输出变化量信号来进行的控制的方式，称为模拟量输出信号。

2、模拟量的应用场景：

模拟量的应用并不仅限于工业生产，在农林牧副渔等行业中都是应用很广泛的，一些典型的应用场景，如：污水处理（检测PH值），高温锅炉类（温度控制），养殖行业（监控鸡舍羊圈等环境中的温湿度等），鱼塘水氧气浓度监控，电流电压监控，土壤养料元素监控，水流量计检测，控制变频器频率改变再去控制电机转速等等。

3、模拟量的信号类型：

电压型：0-10v；电流型：4-20ma。

我司采用的模拟量信号目前主要以电流型信号为主，无论是模拟量输入还是

模拟量输出，都是支持4-20ma信号，若模拟量输入传感器支持0-10v信号，可以采用“电压转电流信号模块”将采集的0-10v信号转变成4-20ma后再接入到PLC模拟量输入端；若PLC输出需要控制的负载是0-10v信号，可以采用“电流转电压信号模块”将PLC输出端的4-20ma信号转变成0-10v信号，再去控制相对应的负载。

【模拟量输入的单位换算公式】

公式中的量程是指传感器的量程。

我们取的模拟量的信号类型是4-20ma，模拟量输入（PLC本机自带模拟量入口和采集器模拟量入口）采集精度是12位，采集范围是0-4095，为了方便计算，我们后面用于公式的采集值全部取值0-4000。如下图所示，将传感器量程范围分别对应好模拟量信号范围以及采集值范围，再将对应数据套进模拟量公式，换算得到模拟量实时值。

【PLC本机自带模拟量输入单位换算方式】

PLC本机自带模拟量输入，目前仅有型号为SFa-0806A2022（四代0806双模拟量款）以及SFm-2424A4120（四轴带两路Ai）和SFm-2424A4122（四轴全功能）支持机身带两路模拟量输入。

PLC自身的模拟量输入采集值用Ai表示，采集值范围是0-4000，直接套用公式进行计算，此处以压力传感器为例，压力传感器输出4-20ma信号到PLC机身的模拟量输入端口，压力传感器量程范围：10kg-80kg。

我们根据公式得到以下4组有效数据，并将其保存在4个W32位寄存器里面：

①传感器量程差值：80kg-10kg=70kg，所以W0=70；

②采集值最大范围值：4000，所以W1=4000；

③4ma对应的传感器最小量程值：10kg，所以W2=10；

④最后运算得到的实时值保存在W3寄存器里面。

得到相关数据之后，我们再将数据套入公式，请注意，PLC运算只能单条指令执行，且不包含小数计算，所以我们需要对公式进行拆分，按照“先乘除后加减”的规则添加运算公式，对于每一步运算的结果值，我们用V中间变量寄存器来过渡（中间变量掉电不保存数据），如下操作：

V0=实时采集值Ai1×W0；（先乘，Ai1表示第一路模拟量输入通道）

V1=V0/W1；（后除）

W3=V1+W2。（再加减）

将得到的运算誊写到PLC编程软件，在组合帧编辑一组，取标志M0断为组长，可进行实时运算，得实时结果。

通过此运算得到的W3就是实时压力值，我们在实际的控制过程中，就是通过对压力W3进行比较控制的，比如压力低于20kg时，触发电磁阀动作，压力高于50kg时，触发电磁阀停止，类似这样比较控制就是在时序环编辑，如下所示：X00是启动信号，G10=20kg，G11=50kg，Y0是电磁阀。

【PLC扩展采集器增加模拟量输入单位换算方式】

PLC自身无模拟量入口或者模拟量入口过少需要外增，类似这样通过扩展采集的方式来增加模拟量通道的方式，我们都需要通过CAN扩展控制，在PLC软件中需要先写一条CAN扩展指令，一条扩展指令表示扩展一个采集器（4路），需要扩展几个采集器，就添加几条扩展指令（不同的采集器必须修改站号，站号要对应指令中的匹配ID）。

1-先设置扩展程序：在软件的通信配置-CAN总线扩展处，编辑一条扩展指令。

*使能标志：M79，启动扩展接收指令的一个标志（这个标志无特别说明，任选一个M，严禁与错误标志相同）。在时序环或组合帧的程序中触发M79通，此条通信指令将使能，只要M79不复位，此条指令一直有效。

*传送方向：接收。为PLC接收模拟量采集器的数据。

*扩展功能：扩展外部16位寄存器。模拟量采集器采集到的数值是保存在PLC的G_16位通用寄存器里面。

*扩展地址：扩展地址就是G的寄存器序号，如地址写：1，表示从G1寄存器开始，连续调用4个寄存器储存采集器的4路模拟量信号，那么按顺序Ai1-Ai4这四个入口采集的数据分别保存在G1,G2,G3,G4这四个寄存器中。也就是Ai1--G1，Ai2--G2，Ai3--G3，Ai4--G4。

*匹配STDID：表示扩展的采集器对应的站号，扩展1个采集器，第一个扩展指令ID就写1，那么这个采集器的站号就要对应1；扩展2个采集器，第2个扩展指令ID就写2，那么第二个采集器的站号就要对应2；只要ID跟采集器的站号对应上才能起作用。

*数据长度：每个寄存器要占用两位，一个采集器有4路模拟量入口，所以数据长度为8。

*错误标志：指令自带，默认。

2-再设置触发扩展标志程序：

任意一个时序环，或者组合帧里面设置一条触发标志M79通的指令，表示启动扩展指令，如下所示在组合帧编辑触发M79通。

3-设置模拟量换算程序：

PLC扩展的模拟量输入采集值用寄存器G表示，采集值范围是0-4000，直接套用公式进行计算，此处以温度传感器为例，温度传感器输出4-20ma信号到PLC

机身的模拟量输入端口，温度传感器量程范围：100℃-500℃。

我们根据以上公式得到以下4组有效数据，并将其保存在4个W32位寄存器里面，前面压力传感器案例调用的W0~W3寄存器，这里我们就调用W4~W7。

①传感器量程差值：500℃-100℃=400℃，所以W4=70；

②采集值最大范围值：4000，所以W5=4000；

③4ma对应的传感器最小量程值：100℃;也就是W2=100；

④最后运算得到的实时值保存在W7寄存器里面。

得到相关数据之后，我们再将数据套入公式，按照“先乘除后加减”的规则添加运算公式，对于每一步运算的结果值，我们用V中间变量寄存器来过渡（中间变量掉电不保存数据），如下操作：

V2=实时采集值G1×W4；（先乘，G1表示采集器第一路模拟量输入通道）

V3=V2/W5；（后除）

W7=V3+W6。（再加减）

将得到的运算誊写到PLC编程软件，在组合帧编辑一组，取标志M0断为组长，可进行实时运算，得实时结果。

通过此运算得到的W7就是实时温度值，我们在实际的控制过程中，就是通过对温度W7进行比较控制的，比如温度低于150℃时，触发加热棒动作，温度高于350℃时，触发电磁阀停止，类似这样比较控制就是在时序环编辑，如下所示：X01是启动信号，G12=150，G13=350，Y1是加热棒。

【PLC模拟量输出控制方式】

目前仅有型号为SFa-0806A2022（四代0806双模拟量款）以及SFm-2424A4102（四轴带两路Ao）和SFm-2424A4122（四轴全功能）这三款型号支持两路模拟量输出，模拟量输出暂不支持扩展。

PLC发送的模拟量输出信号也是4-20ma，无需单位换算公式，只需要一条赋值运算指令就可以完成，以下程序以控制变频器频率为例：

指令解析：

Ao1：表示模拟量输出值，其中“1”表示第一路模拟量输出通道，若取用第二路通道，则选用Ao2，其输出的范围值是4-20ma。

G0：表示在变频器频率范围值0-50HZ，需要在触摸屏上面输入数值，比如G0输入1，那么输出模拟量数值是Ao1=G0×80=80，就是G0整体放大80倍才是对应的模拟量输出采集值80；若G0输入10，那么模拟量数值Ao1=G0×80=800，就是整体放大800倍，模拟量输出采集值就对应800。

因为Ao1范围值是4-20ma，模拟量精度是12位，其采集值范围是0-4000，而G0变频器的范围值是0-50，三者要对应，所以对照运算就需要将G0的值需要放大80倍。