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140CPU67160 Schneider/施耐德 CPU 模塊 140系列
140CPU67160 140CPU67160
信號變換中的數學問題
信號的變換需要經過以下過程:物理量-傳感器信號-標準電信號-A/D轉換-數值顯示。
聲明:為簡單起見,我們在此討論的是線性的信號變換。同時略過傳感器的信號變換過程。
假定物理量為A,范圍即為A0-Am,實時物理量為X;標準電信號是B0-Bm,實時電信號為Y;A/D轉換數值為C0-Cm,實時數值為Z。
如此,B0對應于A0,Bm對應于Am,Y對應于X,及Y=f(X)。由于是線性關系,得出方程式為Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。又由于是線性關系,經過A/D轉換后的數學方程Z=f(X)可以表示為Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。
那么就很容易得出逆變換的數學方程為X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中計算出來的X就可以在顯示器上直接表達為被檢測的物理量。
PLC中逆變換的計算方法
以S7-200和4-20mA為例,經A/D轉換后,我們得到的數值是6400-32000,及C0=6400,Cm=32000。于是,X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
例如某溫度傳感器和變送器檢測的是-10-60℃,用上述的方程表達為X=70*(Z-6400)/25600-10。經過PLC的數學運算指令計算后,HMI可以從結果寄存器中讀取并直接顯示為工程量。
用同樣的原理,我們可以在HMI上輸入工程量,然后由軟件轉換成控制系統使用的標準化數值。
在S7-200中,(Z-6400)/25600的計算結果是非常重要的數值。這是一個0-1.0(100%)的實數,可以直接送到PID指令(不是指令向導)的檢測值輸入端。PID指令輸出的也是0-1.0的實數,通過前面的計算式的反計算,可以轉換成6400-32000,送到D/A端口變成4-20mA輸出。
1.自己寫轉換程序。
2.需要注意你的模擬量是單極性的還是雙極性的。
假設模擬量的標準電信號是A0—Am(如:4—20mA),A/D轉換后數值為D0—Dm(如:6400—32000),設模擬量的標準電信號是A,A/D轉換后的相應數值為D,由于是線性關系,函數關系A=f(D)可以表示為數學方程:
A=(D-D0)×(Am-A0)/(Dm-D0)+A0。
根據該方程式,可以方便地根據D值計算出A值。將該方程式逆變換,得出函數關系D=f(A)可以表示為數學方程:
D=(A-A0)×(Dm-D0)/(Am-A0)+D0。
具體舉一個實例,以S7-200和4—20mA為例,經A/D轉換后,我們得到的數值是6400—32000,即A0=4,Am=20,D0=6400,Dm=32000,代入公式,得出:
A=(D-6400)×(20-4)/(32000-6400)+4
假設該模擬量與AIW0對應,則當AIW0的值為12800時,相應的模擬電信號是6400×16/25600+4=8mA。
又如,某溫度傳感器,-10—60℃與4—20mA相對應,以T表示溫度值,AIW0為PLC模擬量采樣值,則根據上式直接代入得出:
T=70×(AIW0-6400)/25600-10
可以用T 直接顯示溫度值。
模擬量值和A/D轉換值的轉換理解起來比較困難,該段多讀幾遍,結合所舉例子,就會理解。為了讓您方便地理解,我們再舉一個例子:
某壓力變送器,當壓力達到滿量程5MPa時,壓力變送器的輸出電流是20mA,AIW0的數值是32000。可見,每毫安對應的A/D值為32000/20,測得當壓力為0.1MPa時,壓力變送器的電流應為4mA,A/D值為(32000/20)×4=6400。由此得出,AIW0的數值轉換為實際壓力值(單位為KPa)的計算公式為:VW0的值=(AIW0的值-6400)(5000-100)/(32000-6400)+100(單位:KPa)
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