模擬量精度及量程轉換

 模擬量轉換的分辨率

 模擬量轉換的基本誤差

 STEP7 V5.x中模擬量輸入輸出的編程

 TIA Portal中模擬量輸入輸出的編程

模擬量轉換的分辨率

分辨率是 A/D 模擬量轉換芯片的轉換精度，即用多少位的數值來表示模擬量。模擬量模塊的轉換分辨率用于反映模擬量變化的最小單位。精度 < 15 位時，將所有由“x”標識的位設置為“0”。

模擬量模塊所支持的模擬值精度，如表1.1所示。

表1.1

單極性輸入范圍（例如，電壓輸入0~10V，對應值為0~27648），如表1.2所示。

表1.2

雙極性輸入范圍（例如，電壓輸入-10~10V，對應值為-27648~27648），如表1.3所示。

表1.3

例如，表1.4中 12 位分辨率的模塊，其數據從低字節的第四位（bit3）開始變化，其最小變化單位      2³  = 8 ，bit0~bit2 則補“ 0 ”（紅色圖框為無效位）

表1.4

設該模擬量通道類型為電壓0~10V，滿量程電壓值10V對應數據27648，其能識別的最小電壓值為： 

模擬量轉換的基本誤差

誤差是A/D轉換的實際值與真實值的接近程度。

模擬量轉換的誤差除了取決于A/D轉換的分辨率，還受到轉換芯片的外圍電路的影響。在實際應用中，輸入的模擬量信號會有波動、噪聲和干擾，內部模擬電路也會產生噪聲、漂移，這些都會對轉換的值造成影響。這些因素造成的誤差要大于 A/D 芯片的轉換誤差。

•   絕對誤差：實際值和真實值之差的最大。絕對誤差有正有負。其表達式為：
•   基本誤差限值（25°C 時的操作限值，與所選輸入范圍內的測量范圍極值有關）：是指整個轉換范圍內，絕對誤差與量程極值range的比值，以百分數表示。 其表達式為：                                

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

表2.1

目前常用的S7-300模板規格型號參見模板手冊，下載鏈接 

STEP 7 V5.x中模擬量輸入/輸出的編程

1）FC105/FC106 在哪里？

在編程界面下，在 “程序元素”中的 “庫——> Standard Library ——> TI-S7 Converting Blocks”中可以找到，見圖3.1：

圖3.1

圖3.2

注意：請不要使用 “S5-S7 Converting Blocks”下的 FC105，FC106，該路徑下的功能是用于 S5 輸入輸出模板的，在 S7 輸入輸出模板上無法使用。

2) FC105功能描述

SCALE(FC105)功能接受一個整型值(IN)，并將其轉換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實型值。將結果寫入OUT。SCALE功能使用以下等式：

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

常數K1和K2根據輸入值是BIPOLAR還是UNIPOLAR設置。

 ● BIPOLAR：假定輸入整型值介于 -27648與27648之間，因此K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

  ●UNIPOLAR：假定輸入整型值介于0和27648之間，因此K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果輸入整型值大于K2，輸出(OUT)將鉗位于HI_LIM，并返回一個錯誤。如果輸入整型值小于K1，輸出將鉗位于LO_LIM，并返回一個錯誤。

通過設置LO_LIM > HI_LIM可獲得反向標定。使用反向轉換時，輸出值將隨輸入值的增加而減小。

 3) FC105的參數定義

參數	描述	數據類型	存儲區	描述
EN	輸入	BOOL	I、Q、M、D、L	使能輸入端，信號狀態為1時激活該功能。
ENO	輸出	BOOL	I、Q、M、D、L	如果該功能的執行無錯誤，該使能輸出端信號狀態為1。
IN	輸入	INT	I、Q、M、D、L、P、常數	欲轉換為以工程單位表示的實型值的輸入值。
HI_LIM	輸入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常數	以工程單位表示的上限值。
LO_LIM	輸入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常數	以工程單位表示的下限值。
BIPOLAR	輸入	BOOL	I、Q、M、D、L	信號狀態為1表示輸入值為雙極性。信號狀態0表示輸入值為單極。
OUT	輸出	REAL	I、Q、M、D、L、P	轉換的結果。
RET_VAL	輸出	WORD	I、Q、M、D、L、P	如果該指令的執行沒有錯誤，將返回值W#16#0000。對于W#16#0000以外的其它值，參見"錯誤信息"。

故障信息：

如果輸入整型值大于K2，輸出(OUT)將鉗位于HI_LIM，并返回一個錯誤。如果輸入整型值小于K1，輸出將鉗位于LO_LIM，并返回一個錯誤。ENO的信號狀態將設置為0，RET_VAL等于W#16#0008。

4) FC105例子程序

如果輸入I0.0的信號狀態為1 (激活)，則執行SCALE功能。在本例中，整型值22將轉換為介于0.0和100.0之間的實型值，并寫入OUT。如I2.0的信號狀態所示，該輸入值為BIPOLAR。

如果該功能的執行沒有錯誤，ENO和Q0.0的信號狀態將設置為1，RET_VAL等于W#16#0000。

執行前：

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

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

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

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

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

執行后：

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

5) FC106 功能描述

UNSCALE(FC106)功能接收一個以工程單位表示、且標定于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實型輸入值(IN)，并將其轉換為一個整型值。將結果寫入OUT。UNSCALE功能使用以下等式：

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

并根據輸入值是BIPOLAR還是UNIPOLAR設置常數K1和K2。

 ● BIPOLAR：假定輸出整型值介于 -27648和27648之間，因此，K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

 ● UNIPOLAR：假定輸出整型值介于0和27648之間，因此，K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果輸入值超出LO_LIM和HI_LIM范圍，輸出(OUT)將鉗位于距其類型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范圍的下限或上限較近的一方，并返回一個錯誤。

6) FC106 的參數定義

參數	描述	數據類型	存儲區	描述
EN	輸入	BOOL	I、Q、M、D、L	使能輸入端，信號狀態為1時激活該功能。
ENO	輸出	BOOL	I、Q、M、D、L	如果該功能的執行無錯誤，該使能輸出端信號狀態為1。
IN	輸入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常數	欲轉換為整型值的輸入值。
HI_LIM	輸入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常數	以工程單位表示的上限值。
LO_LIM	輸入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常數	以工程單位表示的下限值。
BIPOLAR	輸入	BOOL	I、Q、M、D、L	信號狀態為1表示輸入值為雙極性。信號狀態0表示輸入值為單極。
OUT	輸出	INT	I、Q、M、D、L、P	轉換結果。
RET_VAL	輸出	WORD	I、Q、M、D、L、P	如果該指令的執行沒有錯誤，將返回值W#16#0000。對于W#16#0000以外的其它值，參見"錯誤信息"。

故障信息：

如果輸入值超出LO_LIM和HI_LIM范圍，輸出(OUT)將鉗位于距其類型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范圍的下限或上限較近的一方，并返回一個錯誤。ENO的信號狀態將設置為0，RET_VAL等于W#16#0008。

7) FC106 例子程序

如果輸入I0.0的信號狀態為1 (激活)，則執行UNSCALE功能。在本例中，標定于0.0和100.0之間的實型值50.03978588，將轉換為一個整型值，并寫入OUT。如I2.0的信號狀態所示，該輸入值為BIPOLAR。

如果該功能的執行沒有錯誤，ENO和Q0.0的信號狀態將設置為1，RET_VAL等于W#16#0000。

執行前：

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

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

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

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

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

執行后：

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

注意：通常在一個項目都有不只一個模擬量需要轉換，FC105 和FC106 在程序中都可多次調用，調用的方法同上述例子程序。

TIA Portal 中模擬量輸入/輸出的編程

1）SCALE/UNSCALE在哪里？

在TIA  Portal中指令SCALE/UNSCALE的功能和STEP7中的FC105/FC106功能相同，用于模擬量輸入/輸出的編程。

編程界面下，在 “指令” 中的“基本指令 ——> 轉換操作”中可以找到，見圖4.1：

圖4.1

2）SCALE/UNSCALE如何使用？

SCALE/UNSCALE指令的使用和FC105/FC106完全相同，對應引腳的定義也完全相同，使用方法請參加章節3。