浅谈西门子S7-1200PLC的模拟量转换，附实例演示

大家好，欢迎关注电气技术微课堂！

今天来简单探讨一下西门子S7-1200PLC的模拟量使用方法。

实际工业应用中常常由传感器采集压力、温度、速度等非电信号，并将这些非电量转换为电压或电流信号再传输给PLC、单片机等控制系统，此时这些信号均为模拟量。我们往往要对PLC中采集的模拟量信息进一步的加工处理，方便用来计算、比较、显示等。

模拟量转换的相关设置

S7-1200(1214C)内部集成了2路模拟量信号输入通道，分别为通道0和通道1，也就是可以同时接收并处理两个传感器输入的模拟信号，对应的地址为IW64和IW66（长度为一个字，16位），在TIA PROTAL中选中PLC的“常规”—“AI”标签项可以进行查看和设置。

S7-1200PLC模拟量转换的工作原理

假设PLC的AI0口外接了一个温度传感器，传感器将测得的温度值转换为一个范围为0～10V的连续电压信号输入给PLC。模拟量经过PLC内部的A/D转换后被转换成了范围0～27648的数字量并存储在特定地址的寄存器中。具体的转换流程如下图所示。

如何将模拟量输入转换的数字值还原成对应的物理量？

例：某个压力传感器的量程为0～0.1MPa，转换成对应的电压信号为0～5V,设转换后地址IW64中的数值为N，尝试求以Pa为单位的压力值。

解： S7-1200PLC默认的模拟信号输入电压范围是0～10V,转换成数字信号的范围是0～27648，因为此压力传感器输出电压范围是0～5V，所以转换的数字信号范围是0～13824。压力传感器的测量压力范围是0～0.1MPa,由此可推导出公式，将电压值还原成以Pa为单位的压力值并将结果存储于寄存器MD30中。

电压转换成数字信号后存入IW64的数值为N

在博途软件中编写对应的PLC程序如下：

在编写梯形图程序时有以下两点需要特别注意：

1)因为PLC执行除法指令时会丢掉余数而只保留商值，这样会影响计算的精度，所以在编写梯形图程序计算压力值时要注意先乘后除。

2)IW64中的数据类型为整型（INT）,该值乘以100000后其结果会超出int的范围，所以必须先应用CONV指令将数据类型转换为DInt。

干货 带你认识基本的传感器特性参数

传感器的关键性能参数有多种，其中最为基本的特性参数有：量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽，本文将对这些参数进行一一介绍。

量程

每个传感器都有自身的测量范围，被测量处在这个范围内时，传感器的输出信号才是有一定的准确性的。

传感器的量程XFS、满量程输出值YFS、测量上限Xmax、测量下限Xmin的关系见下图。

灵敏度

传感器的灵敏度是指其输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值，可以用k表示。对于一个线性度非常高的传感器来说，也可认为等于其满量程输出值YFS与量程XFS的比值。

灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高，这将会方便信号的传递、调理及计算。

线性度

传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想的传感器输入-输出关系应该是呈线性的，这样使用起来才最为方便。但实际中的传感器都不具备这种特性，只是不同程度的接近这种线性关系。

实际中有些传感器的输入-输出关系非常接近线性，在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有些传感器则有很大的偏离，但通过进行非线性补偿、差动使用等方式，也可以在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。

选取拟合直线的方法很多，上图表示的是用最小二乘法求得的拟合直线，这是拟合精度最高的一种方法。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称之为传感器的非线性误差δ,其最大值与满量程输出值YFS的比值即为线性度γL。

迟滞

当输入量从小变大或从大变小时，所得到的传感器输出曲线通常是不重合的。也就是说，对于同样大小的输入信号，当传感器处于正行程或反行程时，其输出值是不一样大的，会有一个差值ΔH，这种现象称为传感器的迟滞。

产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等，例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等等。

迟滞误差γH的具体数值一般由实验方法得到，用正反行程最大输出差值ΔHmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。

重复性

一个传感器即便是在工作条件不变的情况下，若其输入量连续多次地按同一方向（从小到大或从大到小）做满量程变化，所得到的输出曲线也是会有不同的，可以用重复性误差γR来表示。

重复性误差是一种随机误差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔYmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。

精度

在测试测量过程中，出现误差是不可避免的。误差主要有系统误差和随机误差这两种。

引起系统误差的原因诸如测量原理及算法固有的误差、仪表标定不准确、环境温度影响、材料缺陷等，可以用准确度来反映系统误差的影响程度。

引起随机误差的原因有：传动部件间隙、电子元件老化等，可以用精密度来反映随机误差的影响程度。

精度则是一种反应系统误差和随机误差的综合指标，精度高意味着准确度和精密度都高。

一种较为常用的评定传感器精度方法是用线性度、迟滞和重复性这三项误差值的方根来表示。

分辨率

传感器的分辨率代表它能探测到的输入量变化的最小值。比如一把直尺，它的最小刻度为1mm，那么它是无法分辨出两个长度相差小于1mm的物体的区别的。

有些采用离散计数方式工作的传感器，例如光栅尺、旋转编码器等，它们的工作原理就决定了其分辨率的大小。有些采用模拟量变化原理工作的传感器，例如热电偶、倾角传感器等，它们在内部集成了A/D功能，可以直接输出数字信号，因此其A/D的分辨率也就限制了传感器的分辨率。

有些采用模拟量变化原理工作的传感器，例如电流传感器、电涡流位移传感器等，其输出为模拟信号，从理论上来讲它们的分辨率为无限小。但实际上，当被测量的变化值小到一定程度时，其输出量的变化值和噪声是处于同一水平的，已没有意义了，这也相当于限制了传感器的分辨率。

零点漂移

在传感器的输入量恒为零的情况下，传感器的输出值仍然会有一定程度的小幅变化，这就是零点漂移。引起零点漂移的原因有很多，比如传感器内敏感元件的特性随时间而变化、应力释放、元件老化、电荷泄露、环境温度变化等。其中，环境温度变化引起的零点漂移是最为常见的现象。

带宽

在实际应用中，大量的被测量是时间变化的动态信号，比如电流值的变化、物体位移的变化、加速度的变化等。这就要求传感器的输出量不仅要能够精确地反映被测量的大小，还要能跟得上被测量变化的快慢，这就是指传感器的动态特性。

从传递函数的角度来看，大多数传感器都可以简化为一个一阶或二阶环节，因此，通常可以用带宽来大概反映出其动态特性。

如下图所示，在传感器的带宽范围内，其输出量的幅值在一定范围内有个小幅变化（最大衰减为0.707）。因此，当输入值做正弦变化时，通常认为输出值是可以正确反映输入值的，但是当输入值变化的频率更高时，输出值将会产生明显的衰减，导致较大的测量失真。

相关问答

目前,在工业控制过程中,最常用的传感器模拟量输出形式是4~20mA,这是一种用电流值表示物理量的方式,例如某种温度传感器,假定它的量程是0到100℃,那么,这种...

一、按用途压力敏和力敏传感器、位置传感器、温度传感器、温湿度传感器、气体传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、...

[最佳回答]传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置,能完成检测任务;传感器由敏感元件,转换元件,转...

传感器是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置或器官。当今科技...

一、压电传感器采集的是压力信号,电压信号一般是0-一V,0-5V,0-一0V,一-5V。二、基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压...

灵敏度:灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量Δy与引起该增量的相应输入量增量Δx之比。它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的...

[最佳回答]信号的变换需要经过以下过程:物理量-传感器信号-标准电信号-A/D转换-数值显示.声明:为简单起见,我们在此讨论的是线性的信号变换.同时略过传感器的...

离子传感器是利用离子选择电极,将感受的离子量转换成可用输出信号的传感器。离子传感器是溶液中特定离子浓度(活性)经选择计测而得的物质,离子传感器是利用离...

传感器性能指标是指传感器的灵敏度、使用频率范围、动态范围、相移参数。指传感器的灵敏度、使用频率范围、动态范围、相移参数灵敏度:指沿着传感器测量轴方...

正常。后氧传感器的电压正常值在0.1~0.9V的范围内,而平均值在0.4~0.5v,这个数据主要用来反馈给ECU进行比较,从而保证三元(查成交价|参配|优惠政策)催化...