模拟量精度及量程转换

模拟量转换的分辨率

模拟量转换的基本误差

STEP7 V5.x中模拟量输入输出的编程

TIA Portal中模拟量输入输出的编程

模拟量转换的分辨率

分辨率是 A/D 模拟量转换芯片的转换精度,即用多少位的数值来表示模拟量。模拟量模块的转换分辨率用于反映模拟量变化的最小单位。精度 < 15 位时,将所有由“x”标识的位设置为“0”。

模拟量模块所支持的模拟值精度,如表1.1所示。

1.1

单极性输入范围(例如,电压输入0~10V,对应值为0~27648),如表1.2所示。

1.2

双极性输入范围(例如,电压输入-10~10V,对应值为-27648~27648),如表1.3所示。

1.3

例如,表1.4 12 位分辨率的模块,其数据从低字节的第四位(bit3)开始变化,其最小变化单位      23  = 8 bit0~bit2 则补“ 0 ”(红色图框为无效位)

1.4

设该模拟量通道类型为电压0~10V,满量程电压值10V对应数据27648,其能识别的最小电压值为: 

模拟量转换的基本误差

误差是A/D转换的实际值与真实值的接近程度。

模拟量转换的误差除了取决于A/D转换的分辨率,还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中,输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰,内部模拟电路也会产生噪声、漂移,这些都会对转换的值造成影响。这些因素造成的误差要大于 A/D 芯片的转换误差。

例如,6ES7 331-7KF02-0AB0,其基本误差限值如表2.1所示。

2.1

目前常用的S7-300模板规格型号参见模板手册,下载链接 

STEP 7 V5.x中模拟量输入/输出的编程

1FC105/FC106 在哪里?

在编程界面下,在 “程序元素”中的 “库——> Standard Library ——> TI-S7 Converting Blocks中可以找到,见图3.1


3.1


3.2

注意:请不要使用 S5-S7 Converting Blocks下的 FC105FC106,该路径下的功能是用于 S5 输入输出模板的,在 S7 输入输出模板上无法使用。

2) FC105功能描述

SCALE(FC105)功能接受一个整型值(IN),并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIMHI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUTSCALE功能使用以下等式:

OUT = [ ((FLOAT (IN) - K1)/(K2 - K1)) * (HI_LIM - LO_LIM)] + LO_LIM

常数K1K2根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置。

 ● BIPOLAR:假定输入整型值介于 -2764827648之间,因此K1 = -27648.0K2 = +27648.0

  ●UNIPOLAR:假定输入整型值介于027648之间,因此K1 = 0.0K2 = +27648.0

如果输入整型值大于K2,输出(OUT)将钳位于HI_LIM,并返回一个错误。如果输入整型值小于K1,输出将钳位于LO_LIM,并返回一个错误。

通过设置LO_LIM > HI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时,输出值将随输入值的增加而减小。

 3) FC105的参数定义

参数

描述

数据类型

存储区

描述

EN

输入

BOOL

IQMDL

使能输入端,信号状态为1时激活该功能。

ENO

输出

BOOL

IQMDL

如果该功能的执行无错误,该使能输出端信号状态为1

IN

输入

INT

IQMDLP、常数

欲转换为以工程单位表示的实型值的输入值。

HI_LIM

输入

REAL

IQMDLP、常数

以工程单位表示的上限值。

LO_LIM

输入

REAL

IQMDLP、常数

以工程单位表示的下限值。

BIPOLAR

输入

BOOL

IQMDL

信号状态为1表示输入值为双极性。信号状态0表示输入值为单极。

OUT

输出

REAL

IQMDLP

转换的结果。

RET_VAL

输出

WORD

IQMDLP

如果该指令的执行没有错误,将返回值W#16#0000。对于W#16#0000以外的其它值,参见"错误信息"

故障信息:

如果输入整型值大于K2,输出(OUT)将钳位于HI_LIM,并返回一个错误。如果输入整型值小于K1,输出将钳位于LO_LIM,并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0RET_VAL等于W#16#0008

4) FC105例子程序

如果输入I0.0的信号状态为1 (激活),则执行SCALE功能。在本例中,整型值22将转换为介于0.0100.0之间的实型值,并写入OUT。如I2.0的信号状态所示,该输入值为BIPOLAR

如果该功能的执行没有错误,ENOQ0.0的信号状态将设置为1RET_VAL等于W#16#0000

执行前:

IN ----------------------> MW10=22

HI_LIM ---------------> MD20=100.0

LO_LIM --------------> MD30=0.0

OUT -------------------> MD40=0.0

BIPOLAR ------------> I2.0=TRUE

执行后:

OUT ------------------> MD40=50.03978588

5) FC106 功能描述

UNSCALE(FC106)功能接收一个以工程单位表示、且标定于下限和上限(LO_LIMHI_LIM)之间的实型输入值(IN),并将其转换为一个整型值。将结果写入OUTUNSCALE功能使用以下等式:

OUT = [ ((IN - LO_LIM)/(HI_LIM - LO_LIM)) * (K2 - K1) ] + K1

并根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置常数K1K2

 ● BIPOLAR:假定输出整型值介于 -2764827648之间,因此,K1 = -27648.0K2 = +27648.0

 ● UNIPOLAR:假定输出整型值介于027648之间,因此,K1 = 0.0K2 = +27648.0

如果输入值超出LO_LIMHI_LIM范围,输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLARUNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方,并返回一个错误。

6) FC106 的参数定义

参数

描述

数据类型

存储区

描述

EN

输入

BOOL

IQMDL

使能输入端,信号状态为1时激活该功能。

ENO

输出

BOOL

IQMDL

如果该功能的执行无错误,该使能输出端信号状态为1

IN

输入

REAL

IQMDLP、常数

欲转换为整型值的输入值。

HI_LIM

输入

REAL

IQMDLP、常数

以工程单位表示的上限值。

LO_LIM

输入

REAL

IQMDLP、常数

以工程单位表示的下限值。

BIPOLAR

输入

BOOL

IQMDL

信号状态为1表示输入值为双极性。信号状态0表示输入值为单极。

OUT

输出

INT

IQMDLP

转换结果。

RET_VAL

输出

WORD

IQMDLP

如果该指令的执行没有错误,将返回值W#16#0000。对于W#16#0000以外的其它值,参见"错误信息"

故障信息:

如果输入值超出LO_LIMHI_LIM范围,输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLARUNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方,并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0RET_VAL等于W#16#0008

7) FC106 例子程序

如果输入I0.0的信号状态为1 (激活),则执行UNSCALE功能。在本例中,标定于0.0100.0之间的实型值50.03978588,将转换为一个整型值,并写入OUT。如I2.0的信号状态所示,该输入值为BIPOLAR

如果该功能的执行没有错误,ENOQ0.0的信号状态将设置为1RET_VAL等于W#16#0000

执行前:

IN ----------------------> MD10=50.03978588

HI_LIM ---------------> MD20=100.0

LO_LIM --------------> MD30=0.0

OUT -------------------> MW40=0

BIPOLAR ------------> I2.0=TRUE

执行后:

OUT ------------------> MW40=22

注意:通常在一个项目都有不只一个模拟量需要转换,FC105 FC106 在程序中都可多次调用,调用的方法同上述例子程序。

TIA Portal 中模拟量输入/输出的编程

1SCALE/UNSCALE在哪里

TIA  Portal中指令SCALE/UNSCALE的功能和STEP7中的FC105/FC106功能相同,用于模拟量输入/输出的编程。

编程界面下 “指令” 中的“基本指令 ——> 转换操作”中可以找到见图4.1

4.1

2SCALE/UNSCALE如何使用

SCALE/UNSCALE指令的使用和FC105/FC106完全相同,对应引脚的定义也完全相同,使用方法请参加章节3