西門子PLC模擬量轉(zhuǎn)換方法
1、基本概念
我們生活在一個(gè)物質(zhì)的世界中。世間所有的物質(zhì)都包含了化學(xué)和物理特性，我們是通過(guò)對(duì)物質(zhì)的表觀性質(zhì)來(lái)了解和表述物質(zhì)的自有特性和運(yùn)動(dòng)特性。這些表觀性質(zhì)是我們常說(shuō)的質(zhì)量、溫度、速度、壓力、電壓、電流等用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述的物理量，在自控領(lǐng)域稱為工程量。這種表述的優(yōu)點(diǎn)是直觀、容易理解。在電動(dòng)傳感技術(shù)出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的檢測(cè)儀器可以直接顯示被測(cè)量的物理量，其中也包括機(jī)械式的電動(dòng)儀表。
2、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)
在電動(dòng)傳感器時(shí)代，中央控制成為可能，這需要檢測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。但是紛繁復(fù)雜的物理量信號(hào)直接傳送會(huì)大大降低儀表的適用性。而且大多傳感器屬于弱信號(hào)型，遠(yuǎn)距離傳送很容易出現(xiàn)衰減、干擾的問(wèn)題。因此才出現(xiàn)了二次變送器和標(biāo)準(zhǔn)的電傳送信號(hào)。二次變送器的作用是將傳感器的信號(hào)放大成為符合工業(yè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，如0－5V、0－10V或4－20mA（其中用得多的是4－20mA）。而變送器通過(guò)對(duì)放大器電路的零點(diǎn)遷移以及增益調(diào)整，可以將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)于物理量的被檢測(cè)范圍，如0－100℃或-10－100℃等等。這是用硬件電路對(duì)物理量進(jìn)行數(shù)學(xué)變換。中央控制室的儀表將這些電信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)械式的電壓表、電流表能顯示被測(cè)的物理量。對(duì)于不同的量程范圍，只要更換指針后面的刻度盤可以了。更換刻度盤不會(huì)影響儀表的根本性質(zhì)，這給儀表的標(biāo)準(zhǔn)化、通用性和規(guī)?；a(chǎn)帶來(lái)的無(wú)可限量的好處。
3、數(shù)字化儀表
到了數(shù)字化時(shí)代，指針式顯示表變成了更直觀、更的數(shù)字顯示方式。在數(shù)字化儀表中，這種顯示方式實(shí)際上是用純數(shù)學(xué)的方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行逆變換，成為大家習(xí)慣的物理量表達(dá)方式。這種變換是依靠軟件做數(shù)學(xué)運(yùn)算。這些運(yùn)算可能是線性方程，也可能是非線性方程，現(xiàn)在的電腦對(duì)這些運(yùn)算是易如反掌。
4、信號(hào)變換中的數(shù)學(xué)問(wèn)題
信號(hào)的變換需要經(jīng)過(guò)以下過(guò)程：物理量－傳感器信號(hào)－標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)－A/D轉(zhuǎn)換－數(shù)值顯示。
聲明：為簡(jiǎn)單起見，我們?cè)诖擞懻摰氖蔷€性的信號(hào)變換。同時(shí)略過(guò)傳感器的信號(hào)變換過(guò)程。
假定物理量為A，范圍即為A0－Am，實(shí)時(shí)物理量為X；標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是B0－Bm，實(shí)時(shí)電信號(hào)為Y；A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值為C0-Cm，實(shí)時(shí)數(shù)值為Z。
如此，B0對(duì)應(yīng)于A0，Bm對(duì)應(yīng)于Am，Y對(duì)應(yīng)于X，及Y=f(X)。由于是線性關(guān)系，得出方程式為Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。又由于是線性關(guān)系，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)學(xué)方程Z=f(X)可以表示為Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。那么很容易得出逆變換的數(shù)學(xué)方程為X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中計(jì)算出來(lái)的X可以在顯示器上直接表達(dá)為被檢測(cè)的物理量。
5、plc中逆變換的計(jì)算方法
以S7-200和4－20mA為例，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，我們得到的數(shù)值是6400－32000，及C0=6400，Cm=32000。于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
用同樣的原理，我們可以在HMI上輸入工程量，然后由軟件轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。
在S7-200中，(Z-6400)/25600的計(jì)算結(jié)果是非常重要的數(shù)值。這是一個(gè)0－1.0（100％）的實(shí)數(shù)，可以直接送到PID指令（不是指令向?qū)В┑臋z測(cè)值輸入端。PID指令輸出的也是0－1.0的實(shí)數(shù)，通過(guò)前面的計(jì)算式的反計(jì)算，可以轉(zhuǎn)換成6400－32000，送到D/A端口變成4－20mA輸出。
西門子plc選型分析：
設(shè)備在西門子PLC在選型的時(shí)候，要遵循一定的原則，避免PLC的容量小無(wú)法滿足使用要求的想象。在滿足控制要求的前提下選型時(shí)應(yīng)選較佳的性價(jià)比，一般可以從以下幾個(gè)方面考慮：
      I/O點(diǎn)數(shù)估算
      I/O點(diǎn)數(shù)是西門子PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求有可使系統(tǒng)總投資較低。西門子PLC的輸入輸出點(diǎn)總數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的模擬量、開關(guān)量、輸入/輸出設(shè)備狀況(包括模擬量、開關(guān)量、輸出類型)來(lái)確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)?？紤]到今后的擴(kuò)充，一般應(yīng)估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)再加上15%～20%的備用量。
一、用戶存儲(chǔ)容量估算
用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、量程結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能器占用內(nèi)存大致如下：
開關(guān)量輸入元件：10～20B/點(diǎn);
開關(guān)量輸出元件：5～10B/點(diǎn);
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2B/個(gè);
模擬量：100～150B/點(diǎn);
通信接口：一個(gè)接口一般需要300B以上;支持與MT6100IV5威綸觸摸屏通訊。
根據(jù)上面算出總字?jǐn)?shù)再加上25%左右的備用量，可以估算出程序所需要的內(nèi)存量，從而選擇合適的西門子PLC內(nèi)存。
二、本設(shè)計(jì)所占用的I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算
輸入信號(hào)：開始按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn);停止按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn);計(jì)數(shù)值加1按鈕，需一個(gè)輸入點(diǎn);計(jì)數(shù)值減1按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn)。以上共需要4個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有20%的備用點(diǎn)，即用4×20%=1，取1個(gè)點(diǎn)，這樣共用5個(gè)輸入點(diǎn)
輸出信號(hào)：一共要用十七個(gè)LED數(shù)碼管，段選碼需要使用8個(gè)輸出點(diǎn);位選通信號(hào)如果使用74LS138譯碼器則需要4個(gè)輸出點(diǎn);以上共需要13個(gè)輸出點(diǎn)考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有20%的備用點(diǎn)，即13×20%=2.6，取3個(gè)點(diǎn)，這樣共用16個(gè)輸出點(diǎn)

西門子EDI模塊的特點(diǎn)：
1、系統(tǒng)無(wú)濃水循環(huán)不須加鹽，無(wú)水排放，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
2、智能化整流電源充分發(fā)揮模塊技術(shù)性能，安全可靠；
3、濃水樹脂技術(shù)提高離子遷移速度，系統(tǒng)能耗小；
4、淡水樹脂分層技術(shù)使非導(dǎo)電離子遷移，出水品質(zhì)高；
5、成熟的回流技術(shù)減小前段波動(dòng)影響，出水品質(zhì)穩(wěn)定；
6、大通道隔板和的樹脂處理技術(shù)，抗污染能力強(qiáng)；
7、豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化管道布置技巧，便于使用維護(hù)；
8、的密封工藝和優(yōu)良的膜性能，延長(zhǎng)了使用壽命；
9、標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范工藝，降低設(shè)備維護(hù)和人員培訓(xùn)成本。

西門子模塊有各種類型，如單元操作模塊（換熱器、精餾塔、壓縮機(jī)等)、計(jì)算方法模塊(加速收斂算法、簡(jiǎn)化算法等)、物理化學(xué)性質(zhì)模塊（汽液相平衡計(jì)算、熱恰計(jì)算等)等。

西門子模塊分為開關(guān)量輸入輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸入輸出模塊，模擬量輸出模塊，通訊模塊，擴(kuò)展模塊等，西門子模塊具有足夠的穩(wěn)定性，確保運(yùn)行過(guò)程中的安全，西門子自己的模塊采用了一系列非?？煽康脑O(shè)計(jì)方法，例如斷電保護(hù)和信息保護(hù)，包括故障診斷，為了在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中更好的控制，通常采用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，使整個(gè)控制更加可靠和簡(jiǎn)單，并且所有的編程語(yǔ)言都進(jìn)行了簡(jiǎn)化，從而大大降低了錯(cuò)誤率。
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