該任務是功能指令應用案例，使用功能指令有助于我們理清編程思路。本任務使用了标準化及縮放指令，在實際應用中這兩個指令應用非常廣泛。本任務除了指令的解讀之外，還涉及模拟量相關知識。

本任務要求讀者掌握以下幾個内容：

1.模拟量與數字量的關系

2.溫度傳感器的接線

3.模拟量與實際物理量的轉換

4.标準化指令和縮放指令的使用

如圖3-5-1所示此溫度傳感器可采集車間溫度，傳感器（DC0-10V）把測量的數據反饋給PLC，PLC可通過計算得到實際的溫度值，以便于在HMI上顯示：

圖3-5-1 溫度采集示意圖

本案例需要了解的知識有模拟量的概念;模拟量與數字量的基本轉換關系；溫度傳感器的接線；涉及編程主要掌握的是标準化及縮放指令的使用。

01、模拟量控制簡介

（1）在工業控制中，某些輸入量（溫度、壓力、液位、流量等）是連續變化的模拟量信号，某些被控對象也需模拟信号控制，因此要求PLC有處理模拟信号的能力。PLC内部執行的均為數字量，因此模拟量處理需要完成有兩方面任務：一是将模拟量轉換成數字量（A/D轉換）；二是将數字量轉換為模拟量（D/A轉換）。

（2）模拟量處理過程如圖3-5-2所示。這個過程主要分為以下幾個階段：

圖3-5-2 模拟量處理過程

①模拟量信号的采集，由傳感器來完成。傳感器将非電信号（如溫度、壓力、液位等）轉換成電信号。

注意：此時的信号為非标準信号。

②非标準信号轉換成标準信号，此項任務由變送器來完成。傳感器輸出的非标準電信号輸送給變送器，經變送器将非标準電信号轉化成标準電信号。根據國際标準，标準信号分為電壓型和電流型兩種類型。電壓型的标準信号DC0-10V和0-5V等；電流型的标準型号為DC0-20MA和DC4-20MA。

③A/D轉換。變送器将其輸出的标準信号傳送給模拟量輸入擴展模塊後，模拟量輸入擴展模塊将模拟量信号轉化為數字量信号。

02、溫度傳感器接線

（1）變送器信号的選擇：

①電壓型變送器的選用：早期的變送器大多為電壓輸出型，即測量信号轉換成0-5V或0-10V電壓輸出。這是運算放大器直接輸出，信号功率小于0.05W，通過A/D轉換電路轉換成數字信号供S7-1200PLC讀取、控制。但在信号需要遠距離傳輸或使用環境中電網幹擾較大的場合，電壓輸出型變送器的使用受到了極大限制，暴露了抗幹擾能力較差、線路損耗導緻精度降低等缺點；所以電壓信号一般隻使用與短距離傳輸。

②電流型變送的選用：當現場與控制室之間的距離較遠，連接電線的電阻較大時，如果用電壓信号遠傳，電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，将産生較大的誤差，而用恒電流信号遠傳，隻要傳送回路不出現分支，回路中的電流将不會随電線長短而改變，從而保證了傳送的精度；所以一般遠距離傳輸用的都是電流信号。

（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

（3）變送器的類型及接線

變送器分為四線制、三線制、二線制接線法。這裡讨論的“線制”，是以傳感器或儀表變送器是否需要外供電源來區别的，而并不是指模塊需要幾根線或該變送器有幾根輸出信号線。以下介紹三線制電壓型變送器接線方法如圖3-5-4：

圖3-5-4 溫度變送器接線

03、模拟量與數字量的轉換

在實際的工程項目中，讀者往往采集溫度、壓力、流量等信号，那麼在程序中如何處理這些模拟量信号呢？換句話說編寫模拟量程序的目的是什麼呢？編寫模拟量程序的目的是将模拟量轉換成對應的數字量，最終将數字量轉換成工程量（物理量）。

模拟量轉換為工程量分為單極性和雙極性兩種。雙極性的-27648對應工程量的最小值，27648對應工程量的最大值。

單極性模拟量分為兩種，即4-20mA和0-10V、0-20mA。

（1）第一種為4-20mA,是帶有偏移量的。

因為4mA為總量的20%，而20mA轉換為數字量為27648，所以4mA對應的數字量為5530。模拟量轉換為數字量是S7-1200PLC完成的，讀者要在程序中将這些數值轉換為工程量。

（2）第二種是沒有偏移量的

沒有偏移量的是如0-10V、0-20mA等模拟量，27648對應最大工程量，0對應工程量的最小值。

（3）模拟量信号（0-10V、0-5V或0-20mA）在S7-1200PLC CPU内部用0-27648的數值表示（4-20mA對應5530-27648），這兩者之間有一定的數學關系，如圖3-5-5

圖3-5-5 模拟量信号與數字量曲線

04、标準化指令和縮放指令

（1）标準化指令（NORM_X）

NORM_X指令：使用“NORM_X”指令，可将輸入VALUE中變量的值映射到線性标尺對其标準化。使用參數MIN和MAX定義輸入VALUE值範圍的限值：

注意：可以從指令框“<???>”下拉列表中選擇該指令的數據類型。

标準化指令的計算公式是：OUT= (VALUE - MIN) / (MAX - MIN)，其中 (0.0 <= OUT <= 1.0)，計算原理如圖3-5-6

圖3-5-6 标準化指令公式對應計算原理圖

用一個例子來說明标準化指令（NORM_X）的使用，梯形圖如圖3-5-7所示：

當I0.0閉合激活标準化指令，要标準化的VALUE存儲在MW10中，VALUE的範圍是0-27648，将VALUE标準化的輸出範圍是0.0-1.0。假設MW10中是13824，那麼MD12中的标準化的結果是0.5。

圖3-5-7 标準化指令示例

（2）縮放指令（SCALE_X）

SCALE_X指令：使用“SCALE_X”指令，可将輸入VALUE的值映射到指定的值範圍來對其縮放。當執行縮放指令時，輸入VALUE的浮點值會縮放到有參數MIN和MAX定義的值範圍。縮放結果為整數，存儲在OUT輸出中。縮放指令參數見下表：

注意：可以從指令框“<???>”下拉列表中選擇該指令的數據類型。

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

用一個例子來說明标準化指令（NORM_X）的使用，梯形圖如圖3-5-8所示，當I0.0閉合激活标準化指令，要标準化的VALUE存儲在MD16中，VALUE的範圍是0-27648，将VALUE标準化的輸出範圍是0-27648。假設MD10中是0.5，那麼MW20中的标準化的結果是13824。

圖3-5-8 縮放指令示例

本任務的實施步驟主要分為PLC接線、IO地址分配以及程序設計思路：

01、IO地址分配

02、程序設計思路

1）使用标準化指令，把采集過來的模拟量值進行标準化，标準化後的範圍值在0.0-1.0之間。

2）再使用縮放指令，把标準化後的數值進行縮放，縮放後的範圍值在溫度傳感器量程（-50.0-200.0℃）範圍之間。

03、程序設計

1、模拟量的換算，主要是要理解模拟量與數字量之間的關系。

2、在本任務中，主要使用的是标準化和縮放指令進行模拟量采集換算，換算的時候要注意數字量及工程量數值的填寫，以免換算錯誤。

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确填寫數值。

4、如果現場有多個溫度傳感器，可以使用帶參數子程序的方式編寫更加方便。

5、如果現場的傳感器是4-20mA電流輸出的，那麼在标準化指令中的MIN管腳填寫的數值應該是5530，而不是0。

（技成培訓網原創，作者：郭彪，未經授權不得轉載，違者必究）

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