模擬量檢測與控制

內(nèi)容檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換S7-300PLC模擬量處理模擬量閉環(huán)PID控制2/4/20231模擬量的基本概念模擬量：在時(shí)間上、數(shù)值上都連續(xù)變化的物理量。初始性模擬量大部分是自然界的初始變量。對(duì)非電量進(jìn)行測量、處理、控制時(shí)，要把非電量轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)的模擬電壓信號(hào)：010V。標(biāo)準(zhǔn)的模擬電流信號(hào)：420mA或020mA。2/4/20232模擬量的基本概念連續(xù)性模擬量隨時(shí)間的變化曲線是光滑而連續(xù)的，沒有間斷點(diǎn)。2/4/20233檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)現(xiàn)代檢測技術(shù)的一個(gè)明顯特點(diǎn)是采用電測法，即電測非電量。首先將被測物理量從研究對(duì)象中檢出并轉(zhuǎn)換成電量，然后再根據(jù)需要對(duì)變換后的電信號(hào)進(jìn)行某些處理，最后以適當(dāng)?shù)男问捷敵觥?/4/20234檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)傳感器直接與被測對(duì)象發(fā)生聯(lián)系，它的功能是將被測參數(shù)直接或間接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它的好壞直接影響檢測裝置的質(zhì)量，是檢測裝置的重要部件；傳感器往往也被稱為敏感元件或一次元件。2/4/20235檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)中間變換裝置根據(jù)不同情況有很大的伸縮性。在簡單的檢測系統(tǒng)中可能完全省略，將傳感器的輸出直接進(jìn)行顯示或記錄（比如由熱電偶和毫伏表組成的測溫系統(tǒng)）。大多數(shù)測試系統(tǒng)而言，中間變換環(huán)節(jié)是必不可少的。信號(hào)的變換包括：放大，調(diào)制、解調(diào)、濾波等等。功能強(qiáng)大的檢測系統(tǒng)往往還要將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)中間變換環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)諸如波形存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集、非線性校正和消除系統(tǒng)誤差等功能。遠(yuǎn)距離測量時(shí)還需要數(shù)據(jù)傳輸裝置。

2/4/20236檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)機(jī)床軸承故障監(jiān)測系統(tǒng)中的中間變換裝置由帶通濾波器、A/D變換和計(jì)算機(jī)中的FFT分析軟件三部分組成。測試系統(tǒng)中傳感器為加速度計(jì)，它負(fù)責(zé)將機(jī)床軸承振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；帶通濾波器用于濾除傳感器測量信號(hào)中的高、低頻干擾信號(hào)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，A/D信號(hào)采集卡用于對(duì)放大后的測量信號(hào)進(jìn)行采樣，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；FFT（快速傅里葉變換）分析軟件則對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算出信號(hào)的頻譜；最后由計(jì)算機(jī)顯示器對(duì)頻譜進(jìn)行顯示。另外，測試系統(tǒng)的測量分析結(jié)果還可以和生產(chǎn)過程相連，當(dāng)機(jī)床振動(dòng)信號(hào)超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，防止加工廢品的產(chǎn)生。2/4/20237檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)傳感器變送器顯示器A/D被測參數(shù)參數(shù)顯示電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)變送器分為電流輸出型和電壓輸出型。電壓輸出型變送器具有恒壓源特性，輸入阻抗很高。如果變送器距離PLC較遠(yuǎn)，通過線路間的分布電容和分布電感產(chǎn)生的干擾信號(hào)電流，在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生較高的干擾電壓。例如1A干擾電流在10M輸入阻抗上將產(chǎn)生10V的干擾電壓信號(hào)，所以遠(yuǎn)處傳送模擬量電壓信號(hào)時(shí)抗干擾能力很差。電流輸出型變送器具有恒流源的性質(zhì)，內(nèi)阻很大，輸入阻抗較小(例如250)。線路上的干擾信號(hào)在模塊的輸入端阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號(hào)適合于遠(yuǎn)程傳送。2/4/20238檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的工作特性檢測儀表的工作特性-----能滿足被測參數(shù)測量和系統(tǒng)運(yùn)行需要而應(yīng)具有的儀表輸入/輸出特性。通過量程與零點(diǎn)的調(diào)整與遷移來實(shí)現(xiàn)。

2/4/20239檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的工作特性被測參數(shù)經(jīng)傳感器進(jìn)入變送器，經(jīng)變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。兩者為單值關(guān)系且呈一定比例關(guān)系。被測量量程被測量上、下限偏差值to儀表工作特性信號(hào)輸出上、下限偏差2/4/202310檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的工作特性根據(jù)儀表的工作特性，可以由變送器輸出的任一信號(hào)大小，確定該信號(hào)所對(duì)應(yīng)的被測參數(shù)值：一個(gè)DDZ-III型溫度檢測儀表(輸出范圍為420mA)，其測溫范圍為50150C。用其檢測一個(gè)物體溫度，測得與其配接的變送器輸出信號(hào)為12mA，該物體溫度是多少？2/4/202311檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的工作特性量程調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整與零點(diǎn)遷移a)零點(diǎn)調(diào)整b)正零點(diǎn)遷移c)負(fù)零點(diǎn)遷移2/4/202312檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——測量誤差——類型明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。粗大誤差2/4/202313檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——測量誤差——類型指檢測儀表本身或其他原因引起的有規(guī)律的誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。來源主要有：儀表的示值不準(zhǔn)（如刻度分度差錯(cuò)），零值誤差（如零點(diǎn)漂移），儀表的結(jié)構(gòu)誤差（如電子元器件老化）等，由儀表引入的系統(tǒng)誤差；者由實(shí)驗(yàn)者造成的服從一定規(guī)律的誤差；由于實(shí)驗(yàn)條件不能滿足理論公式或測量方法產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。系統(tǒng)誤差2/4/202314檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——測量誤差——類型在相同條件下對(duì)同一被測參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測量，各測量值之間存在差異，這種誤差的絕對(duì)值及符號(hào)是不確定的，稱為隨機(jī)誤差。它服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此可以通過測量增加次數(shù)，利用概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而減小其對(duì)測量結(jié)果的影響。隨機(jī)誤差2/4/202315檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——測量誤差——類型當(dāng)測量參數(shù)隨時(shí)間迅速變化時(shí)，由于檢測元件中的各種運(yùn)動(dòng)關(guān)系和能量轉(zhuǎn)換，使檢測儀表的測量值不能及時(shí)跟隨被測參數(shù)的變化而產(chǎn)生的誤差，稱為動(dòng)態(tài)誤差。由于檢測儀表工作在閉合控制系統(tǒng)中，所有其動(dòng)態(tài)特性會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。動(dòng)態(tài)誤差2/4/202316檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——測量誤差——絕對(duì)誤差讀數(shù)絕對(duì)誤差：測量值：儀表讀數(shù)真實(shí)值儀表的最大絕對(duì)誤差

：真值是無法得到的，常用精度更高的儀器示值A(chǔ)來近似代替：讀數(shù)絕對(duì)誤差：2/4/202317檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——測量誤差——相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差：示值相對(duì)誤差：引用相對(duì)誤差：！！為減少儀表讀數(shù)誤差，儀表應(yīng)盡量工作在量程的70%-80%。注：2/4/202318檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)精密度 在相同條件下，對(duì)同一個(gè)量進(jìn)行重復(fù)測量時(shí)，這些測量值之間的相互接近程度即分散程度，它反映了隨機(jī)誤差的大小。準(zhǔn)確度 它表承測量儀器指示值對(duì)真值的偏離程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小。精確度是精密度和準(zhǔn)確度的綜合反映，它反映了系統(tǒng)綜合誤差的大小，常用測量誤差的相對(duì)值表示。2/4/202319精度等級(jí)：

按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小劃分成的等級(jí)。精度等級(jí)常以一定符號(hào)內(nèi)的數(shù)字標(biāo)明，在儀表面上。我國儀表精度等級(jí)為：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等級(jí)數(shù)越小，精度越高。

校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)表多為0.1，0.2級(jí)；工業(yè)現(xiàn)場多為0.4~0.5級(jí)。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)2/4/202320檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)允許誤差例：某儀表的精度等級(jí)為1.5，則允許誤差為±1.5%2/4/202321儀表靈敏度η：儀表指針的線位移或角位移與被測參數(shù)的變化之比。反映儀表對(duì)被測參數(shù)變化的敏感程度。提高靈敏度≠提高精確度??！檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)2/4/202322①圓形表用角位移：②直線形表用角位移：例:量程0~200滿量程指針超過270℃滿量程3000移動(dòng)距離40mm檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)2/4/202323檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)可靠性：可靠性是反映檢測儀表在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)是否耐用的一種綜合質(zhì)量指標(biāo)。常用的可靠性指標(biāo)有：平均無故障工作時(shí)間平均修復(fù)時(shí)間有效度：指平均無故障時(shí)間與平均無故障時(shí)間及平均修復(fù)時(shí)間之和的比值。2/4/202324靈敏限：指能夠引起儀表指示值（輸出信號(hào)）發(fā)出變化（動(dòng)作）的被測參數(shù)（輸入信號(hào)）的最?。O限）變化量。與靈敏度是不同的概念。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)2/4/202325檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)某DDZ-III型測溫儀表的測溫范圍為2001200C，出廠前校驗(yàn)時(shí)各點(diǎn)的測量結(jié)果如下（單位：

C）：被校表讀數(shù)200300400500600700800900100011001200標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)2012984035015996017989021001109812022/4/202326檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)1.該儀表的最大絕對(duì)誤差被校表讀數(shù)200300400500600700800900100011001200標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)201298403501599701798902100110981202絕對(duì)誤差-1+2-3-1+1-1+2-2-1+2-2最大絕對(duì)誤差：2/4/202327檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)最大相對(duì)誤差：儀表精度為0.3，由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有0.3級(jí)儀表，所以該儀表的精度等級(jí)選為0.4級(jí)。量程：工作特性：2.該儀表的精度等級(jí)、量程和儀表的工作特性2/4/2023283.現(xiàn)有該儀表和0.5級(jí)200800C兩個(gè)測溫儀表，要測600C的溫度，采用哪個(gè)測溫儀表好？檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)采用該儀表時(shí)，可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差為：采用0.5級(jí)200800C儀表時(shí)，可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差為：可見，用量程范圍適當(dāng)?shù)?.5級(jí)儀表測量，能得到比量程范圍大的0.4級(jí)儀表更準(zhǔn)確的結(jié)果。2/4/202329檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)因此，在選用儀表時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測參數(shù)的大小，在滿足被測參數(shù)測量范圍的前提下，應(yīng)盡可能選擇量程小的儀表，并使測量值大于所選儀表滿刻度的三分之二。2/4/202330標(biāo)準(zhǔn)值0992023043985026047058008951000測量值01002003004005006007008009001000有一支溫度計(jì)，其量程范圍為0~1000℃,精度為0.5級(jí)，其標(biāo)尺上、下限偏轉(zhuǎn)角為270o。0+1-2-4+2-2-4-50+50檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)2/4/202331檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——檢測儀表的性能指標(biāo)4.對(duì)于202℃這一點(diǎn)，相對(duì)誤差對(duì)于895℃這一點(diǎn)，相對(duì)誤差1.2.最大相對(duì)誤差：3.靈敏度2/4/202332溫度：表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量。名稱符號(hào)單位絕對(duì)零點(diǎn)冰融點(diǎn)水沸點(diǎn)人體體溫華氏F℉-459.6732212100攝氏C℃-273.15010037.5開氏TK0273.15373.15

F=1.8℃+32

K=℃+373.15溫標(biāo)：將溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送2/4/202333通過熱輻射來測溫，不會(huì)破壞被測介質(zhì)的溫度場，誤差小，反應(yīng)速度快；測溫上限原則上不受限制；易受被測物體熱輻射率及環(huán)境因素（物體與儀表間的距離、煙塵和水汽等）的影響。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——分類接觸式非接觸式接觸測量，簡單、可靠、精度高；測溫元件有時(shí)可能破壞被測介質(zhì)的溫度場或與被測介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；因受到耐高溫材料的限制，測溫上限有界。2/4/202334檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——分類類型型式原理測溫范圍(℃)準(zhǔn)確度(℃)特點(diǎn)常用種類接觸式膨脹式膨脹-200~6500.1~5結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度慢，適于就地測量汞溫度計(jì)雙金屬式溫度計(jì)壓力表式壓力-20~6000.5~5具有防爆能力，響應(yīng)速度慢，測量精度低，適于遠(yuǎn)距離傳送液體壓力溫度計(jì)蒸汽壓力溫度計(jì)熱電阻熱阻效應(yīng)-200~8500.01~5響應(yīng)速度較快，測量精度高，適于低、中溫度測量，輸出信號(hào)能遠(yuǎn)距離傳送鉑電阻溫度計(jì)銅電阻溫度計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)熱電偶熱電效應(yīng)-200~18002~10響應(yīng)速度快，測量精度高，線性度差，適于中、高溫度測量，輸出信號(hào)能遠(yuǎn)距離傳送N型、K型、E型、J型、T型、B型等非接觸式輻射式熱輻射100~30001~20響應(yīng)速度快，線性度差，適于中、高溫度測量，測量精度易受環(huán)境影響輻射溫度計(jì)光電高溫計(jì)紅外測溫計(jì)2/4/202335檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——分類舉例膨脹式溫度計(jì)---基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生體積膨脹.雙金屬式溫度計(jì)--用兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起制成螺旋形。溫度越高，產(chǎn)生的膨脹長度差越大，引起的彎曲角度越大。2/4/202336輻射式溫度計(jì)---根據(jù)物體的熱輻射特性，物體的輻射能通過光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡聚焦到檢測元件，再通過熱敏元件或光敏元件將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路，輸出與被測溫度相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度范圍的測量。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——分類舉例2/4/202337檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶將兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)線在其端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物理接觸；當(dāng)回路兩端溫度不同時(shí)，回路中出現(xiàn)電勢差。這種將熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。AB熱電偶產(chǎn)生的直流熱電勢與溫度有準(zhǔn)確的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，且幅值不超過幾十毫伏。熱電偶------基于熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度檢測.2/4/202338檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶冷端熱端AB熱電偶的總熱電動(dòng)勢=接觸電動(dòng)勢+溫差電動(dòng)勢工作原理2/4/202339檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶熱電偶的熱電特性----當(dāng)熱電偶材質(zhì)確定且冷端溫度恒定時(shí)，熱端溫度與熱電動(dòng)勢之間呈單值函數(shù)關(guān)系在實(shí)際使用中，只要保持冷端溫度為t0，根據(jù)儀表測得的熱電動(dòng)勢EAB(t,t0)，就計(jì)算出被測溫度t或者通過分度表查出所對(duì)應(yīng)的被測溫度t。實(shí)踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢，溫差電動(dòng)勢只占極小部分，可以忽略不計(jì)，則：工作原理2/4/202340檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢不變。2/4/202341檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶可以用同樣的方法證明，斷開熱電偶的任何一個(gè)極，用第三種導(dǎo)體引入測量儀表，其總電動(dòng)勢也是不變的。

這種性質(zhì)在實(shí)用上有著重要的意義，可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器；也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測量。

中間導(dǎo)體定律2/4/202342檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為t、t0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為t、tc時(shí)的熱電勢與在溫度為tc、t0時(shí)的熱電勢的代數(shù)和。tc稱中間溫度。中間溫度定律2/4/202343檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶中間溫度定律查分度表求得

測量的熱電動(dòng)勢應(yīng)用：2/4/202344檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶用鎳鉻-鎳硅(K型)熱電偶測爐溫。當(dāng)熱電偶的冷端溫度為40時(shí)，測得的熱電動(dòng)勢為35.72mV，問：被測爐溫為多少？再反向查分度表，可知37.331mV所對(duì)應(yīng)的溫度為t=900.1C，即被測爐溫為900.1C中間溫度定律查閱K型熱電偶分度表，可知：2/4/202345冷端溫度補(bǔ)償---熱電偶只有在冷端溫度保持不變時(shí)，才能保證熱電動(dòng)勢與被測溫度之間呈單值函數(shù)關(guān)系。---熱電偶的分度表一般是在冷端溫度t0=0℃情況下測定。熱電偶的冷端必須保持恒定（0℃），以避免測量誤差。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶2/4/202346檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶冷端處理方法一:用冰水混合物保持在0℃2/4/202347檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線是用熱電特性與熱電偶相近的材料制成的導(dǎo)線。根據(jù)中間導(dǎo)體定律，用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長至控制室等需要的地方，可以使熱電偶的冷端遠(yuǎn)離熱源，從而保證冷端穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)熱電偶回路引入超出允許的附加測量誤差。補(bǔ)償導(dǎo)線法在使用時(shí)需要注意：補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配套使用，可參考國際電工委員會(huì)指定的標(biāo)準(zhǔn)；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接處的兩個(gè)接點(diǎn)溫度應(yīng)相同；連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)極，使其分別于熱電偶的正負(fù)極相對(duì)應(yīng)連接；補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度范圍不能超過0100C，否則會(huì)給測量帶來誤差。2/4/202348檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶電橋補(bǔ)償法熱敏銅質(zhì)電阻電位器只要選取銅電阻，使得：則無論冷端溫度如何變化，電橋產(chǎn)生的不平衡電壓正好補(bǔ)償冷端溫度變化引起的熱電動(dòng)勢變化：使回路電動(dòng)勢只與被測溫度有關(guān)。2/4/202349檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電偶常用工業(yè)熱電偶類型

熱電偶名稱分度號(hào)測溫范圍（℃）特點(diǎn)適用場合鉑銠10-鉑S0~1700熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，測溫范圍廣，測量精度高，線性差，價(jià)格高精密測量；有氧化性、惰性氣體環(huán)境鉑銠30-鉑銠6B0~1700測溫上限高，穩(wěn)定性好，抗氧化性強(qiáng)，線性較差，價(jià)格高高溫測量；不適用于還原性氣體環(huán)境鎳鉻-鎳硅K-200~+1300測溫范圍寬、線性好、熱電動(dòng)勢大，價(jià)格低，但穩(wěn)定性較B型或S型熱電偶差中高溫測量鎳鉻-康銅E-200~+1000熱電動(dòng)勢較大，耐磨蝕，價(jià)格低，中低溫測量穩(wěn)定性好中低溫測量；有氧化性、惰性氣體環(huán)境鐵-康銅J-200~+1300價(jià)格便宜，熱電動(dòng)勢較大化工過程溫度測量銅-康銅T-200~+400精度高，價(jià)格低，但銅易氧化低溫測量鎳鉻硅-鎳硅N-200~+1300在相同條件下，尤其在1100~1300℃的高溫條件下，高溫穩(wěn)定性及使用壽命較K型熱電偶好，性能與S型熱電偶近似，但價(jià)格較小在測溫范圍內(nèi)，有全面代替廉價(jià)金屬熱電偶和部分S型熱電偶的趨勢鉑銠13-鉑R0~1700與S型熱電偶性能相似，熱電動(dòng)勢較大S型熱電偶相似環(huán)境2/4/202350檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻熱電阻適用于<500C的中、低溫度測量。測量精度高、性能穩(wěn)定、靈敏度高，不需要冷端補(bǔ)償；輸出為電信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送和自動(dòng)控制。利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)溫度測量電阻溫度系數(shù)

α描述溫度每變化1℃時(shí)熱電阻阻值的相對(duì)變化量。金屬熱電阻，α>0,即電阻值隨著溫度的升高而增加.半導(dǎo)體熱電阻，其溫度系數(shù)α可正可負(fù)，且線性度差.工作原理及其特點(diǎn)2/4/202351檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻不適用于測量體積小和溫度瞬變對(duì)象的溫度。熱電阻熱電偶較大空間的平均溫度點(diǎn)溫度冷端溫度補(bǔ)償與橋式電路配接中、低溫區(qū)穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高測溫上限高工作原理及其特點(diǎn)2/4/202352檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻金屬熱電阻應(yīng)具備的特性：①電阻溫度系數(shù)較大且穩(wěn)定，測溫靈敏度高；②電阻率大,從而在相同靈敏度下減小元件的尺寸；③電阻值與溫度之間呈單值關(guān)系；④具有化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性。常用金屬熱電阻目前世界上用作熱電阻的材料主要有鉑、銅及鎳；我國鎳儲(chǔ)量較少，故只采用鉑、銅兩種金屬熱電阻。2/4/202353檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻常用金屬熱電阻0200400600800-2001234CuPtNit/℃價(jià)格便宜，線性程度好，但溫度高易于氧化。精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠、耐氧化能力強(qiáng)、測溫范圍寬。但電阻溫度系數(shù)比較小，電阻值與溫度之間呈非線性關(guān)系，且價(jià)格較貴。2/4/202354檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻熱電阻引線熱電阻接入結(jié)構(gòu)一:二線制熱電阻位于熱溫現(xiàn)場，而儀表顯示或變送位于遠(yuǎn)離現(xiàn)場的部分，兩者之間的連線電阻會(huì)對(duì)熱電阻精度構(gòu)成影響。理想值r的影響不容忽視。誤差實(shí)際值2/4/202355檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻熱電阻引線電橋平衡時(shí)：熱電阻接入結(jié)構(gòu)二:三線制

避免或減少導(dǎo)線電阻對(duì)測溫的影響.2/4/202356檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻熱電阻引線熱電阻接入結(jié)構(gòu)二:四線制

在熱電阻感溫元件的兩端各連接兩根導(dǎo)線的引線方式稱為四線制。其中，兩根引線為熱電阻提供恒流源；在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過另兩根引線引至電位計(jì)進(jìn)行測量。這種方式能完全消除引線電阻的附加影響，且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，還可以消除連接導(dǎo)線的影響，因此，主要用于高精度的溫度測量。2/4/202357檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻靈敏度高；體積??；反應(yīng)快速；且Rt>>R（連線電阻），可以采用長距離連線；互換性、穩(wěn)定性不好，有非線性；應(yīng)用受限。由多種金屬氧化物按比例燒結(jié)成的半導(dǎo)體構(gòu)成。2/4/202358檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送——熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻04080120160180107106105104103102101PTC正溫度系數(shù):在某區(qū)段靈敏度高，適于位式溫度傳感器。NTC負(fù)溫度系數(shù):線性度好，用于連續(xù)變化溫度場合.PTC2/4/202359檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送—集成溫度傳感器利用pn結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制的一種固態(tài)傳感器。特點(diǎn)：體積??；熱慣性小、反應(yīng)快；測溫精度高；穩(wěn)定性好；價(jià)格低等。分電壓型和電流型兩種：電壓型溫度系數(shù)約10mV/C；電流型溫度系數(shù)約1μA/C。2/4/202360檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)——溫度檢測與變送—集成溫度傳感器AD590兩端元件；供電電壓：直流（+4~+30V），1.5mW(+5V)；高阻抗（710MΩ）輸出；0C時(shí)輸出273.2μA；溫度系數(shù)1μA/C；測溫范圍-55~+150C；使用范圍廣泛。2/4/202361檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)—溫度檢測與變送—DDZ-III型溫度變送器功能：與各種熱電偶、熱電阻配合使用，將被測溫度轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電流（電壓），作為顯示儀表，調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)模擬輸入采集的輸入，以實(shí)現(xiàn)被測溫度的顯示、記錄或控制。根據(jù)與傳感器配接電路的不同，具有熱電偶、熱電阻和毫伏輸入三種形式。2/4/202362模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換2/4/202363模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程稱為模/數(shù)(AnalogtoDigital)轉(zhuǎn)換，簡稱A/D轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(AnalogtoDigitalConverter)，簡稱ADC。把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程稱為數(shù)/模(DigitaltoAnalog)轉(zhuǎn)換，簡稱D/A轉(zhuǎn)換。完成D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DigitaltoAnalogConverter)，簡稱DAC。2/4/202364模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC基本工作原理A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換過程通過采樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成。2/4/202365模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC基本工作原理將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)，轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號(hào)，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。采樣2/4/202366模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC基本工作原理模擬信號(hào)經(jīng)過采樣后，得到一系列樣值脈沖。采樣脈沖寬度一般是很短暫，在下一個(gè)脈沖到來之前，應(yīng)暫時(shí)保持所取得的樣值脈沖幅度，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，在采樣電路之后須加保持電路。保持2/4/202367模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC基本工作原理量化輸入的模擬電壓經(jīng)過采樣保持后，得到的是階梯波。該階梯波仍是一個(gè)可以連續(xù)取值的模擬量。量化：設(shè)數(shù)字量的位數(shù)為n，將滿量程（FSR）電壓值（由參考電壓VR設(shè)定的）分為2n等分，然后將采樣所得的模擬量與這些分層進(jìn)行比較，落在哪個(gè)分層內(nèi)，便量化為相應(yīng)的數(shù)字量而n位數(shù)字量只能表示2n個(gè)數(shù)值，因此，用數(shù)字量來表示連續(xù)變化的模擬量時(shí)就有一個(gè)類似于四舍五入的近似問題。量化單位q：每個(gè)分層所包含的最大值和最小值之差假設(shè)：參考電壓5V，8位數(shù)字量q=電壓量程范圍/2n=5.0V/256≈0.019V=19mV2/4/202368模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC基本工作原理編碼用二進(jìn)制數(shù)碼來表示各個(gè)量化電平的過程稱為編碼。自然二進(jìn)制編碼雙極性二進(jìn)制編碼2/4/202369t0t1t2t3t4t5t6t7t76543210幅度模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC基本工作原理采樣，量化，編碼采樣3.75.76.56.65.23.21.71.1量化35665311編碼0111011101101010110010012/4/202370分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)最低有效位（LeastSignificantBit——LSB）所對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓的變化量。n為數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能例如，A/D轉(zhuǎn)化器的輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，最大輸入模擬電壓為10V，則其分辨率為：滿量程電壓量化單位q就是ADC的分辨率，一般用位數(shù)n來間接表示分辨率。分辨率2/4/202371模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能相對(duì)分辨率A／D轉(zhuǎn)換器分辨率與位數(shù)之間的關(guān)系(滿量程電壓為10V)

位數(shù)

級(jí)數(shù)

相對(duì)分辨率（1LSB）

分辨率（1LSB）

810121416

256102440961638465536

0.391%0.0977%0.0244%0.0061%0.0015%

39.1mV9.77mV2.44mV0.61mV0.15mV2/4/202372模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能例：某信號(hào)采集系統(tǒng)要求用一片ADC在1s內(nèi)對(duì)16個(gè)熱電偶的輸出電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓范圍為025mV(對(duì)應(yīng)于0450C溫度范圍)，需分辨的溫度為0.1C，問應(yīng)選擇幾位的A/D轉(zhuǎn)化器？其轉(zhuǎn)換時(shí)間至少要求多少？相對(duì)分辨率2/4/202373模擬量是連續(xù)的，而數(shù)字量是斷續(xù)的，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)固定后，這種由A/D轉(zhuǎn)換器有限分辨率所造成的真實(shí)值與轉(zhuǎn)換值之間的誤差稱為量化誤差。量化帶內(nèi)的任意采樣輸入電壓都是產(chǎn)生同一數(shù)字量。量化誤差：實(shí)際模擬輸入電壓理想模擬輸入電壓理想模擬輸入電壓定義為量化帶中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓值一般量化誤差為0.5LSB。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能采樣電壓0112233445566778理想電壓0.51.51.53.54.55.56.57.5編碼000001010011100101110111量化誤差2/4/202374模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能相對(duì)量化誤差量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，即提高分辨率可以減小量化誤差。2/4/202375模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指輸出數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。2/4/202376模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能精度和分辨率是兩個(gè)不同的概念：

①精度是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度；②分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的模擬信號(hào)的最小變化值。2/4/202377(3)轉(zhuǎn)換時(shí)間：指A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，適應(yīng)輸入信號(hào)快速變化能力越強(qiáng)。其倒數(shù)是轉(zhuǎn)換速率。(4)溫度系數(shù)：是指A/D轉(zhuǎn)換器受溫度影響的程度。一般用環(huán)境溫度變化1℃所產(chǎn)生的相對(duì)誤差來表示，單位是PPM/℃(10-6/℃)。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——ADC主要性能2/4/202378模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——逐次逼近式ADC模擬輸入U(xiǎn)i+-A去碼/留碼邏輯環(huán)形計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器時(shí)序與邏輯控制D／A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸出鎖存器基準(zhǔn)電源UREFUf=UREF(a12-1+a22-2+…+an2-n)并行數(shù)字量輸出SAR比較器結(jié)構(gòu)2/4/202379工作原理設(shè)定在SAR中的數(shù)字量經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成反饋電壓Uf；SAR

順次逐位加碼控制

Uf的變化；Uf與等待轉(zhuǎn)換的模擬量Ui進(jìn)行比較，大則棄，小則留，逐次逼近；最終留在SAR

的數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)碼作為數(shù)字量輸出。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——逐次逼近式ADC2/4/202380工作過程設(shè)8位逐次逼近寄存器SAR，基準(zhǔn)電壓10.24V，模擬輸入電壓8.3VtU123456781.02410.24Ui5.127.688.968.328.08.168.248.288.30V時(shí)鐘脈沖12345678模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——逐次逼近式ADC2/4/202381工作過程8位逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換過程

次數(shù)

SAR中的數(shù)碼D/Ａ產(chǎn)生的

(V)

去／留碼判斷

本次操作后SAR

中的數(shù)碼

12345678

100000001000000111000001101000011001000110011001100111011001111

5.127.688.968.328.08.168.248.28

，留1，留1，留0，留0，留1，留1，留1，留1

1000000011000000110000001100000011001000110011001100111011001111模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——逐次逼近式ADC2/4/202382經(jīng)過8

次比較之后，SAR的數(shù)據(jù)寄存器中所建立的數(shù)碼11001111即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)碼對(duì)應(yīng)的反饋電壓Uf=8.28V，它與輸入的模擬電壓Ui=8.3V相差0.02V，不過兩者的差值已小于1LSB所對(duì)應(yīng)的量化電壓0.04V。逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)字量輸出鎖存器并行輸出。工作過程模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——逐次逼近式ADC2/4/202383模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——DAC基本工作原理DAC一般由數(shù)碼緩沖寄存器、模擬電子開關(guān)、參考電壓、解碼網(wǎng)絡(luò)和求和電路等組成。數(shù)字量以并行或串行方式輸入，并存儲(chǔ)在數(shù)碼緩沖寄存器中；寄存器輸出的每位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)數(shù)位上的電子開關(guān)，將在解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位取值送入求和電路；求和電路將各位權(quán)值相加，便得到與數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。2/4/202384模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——DAC基本工作原理d1-+d3d2d4I3I2I1S2S1I4S4S3IoRfVOVRR4R2R8R①Si：電子模擬開關(guān)，R：片內(nèi)權(quán)電阻di=1，Si閉合di=0，Si斷開2/4/202385模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——DAC基本工作原理可以用二進(jìn)制數(shù)字控制開關(guān)的通斷，不同組合→不同的電流信號(hào)d1加權(quán)最大，為最高有效位MSB；dn加權(quán)最小，為最小有效位LSB2/4/202386模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——DAC基本工作原理②理想運(yùn)放(虛短、虛斷）若已知Rf、R、d1d2d3…dn，即可得VOR-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，Rf=R/2，2/4/202387模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——DAC主要性能(1)分辨率：DAC常用分辨率來表示分辨最小電壓的能力。分辨率等于DAC所能分辨的最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。最小輸出電壓是指輸入數(shù)字量只有最低有效位為1時(shí)的輸出電壓，最大輸出電壓是指輸入數(shù)字量各位為全1時(shí)的輸出電壓。例：若ADC的最大輸出電壓為10V，要想使轉(zhuǎn)換誤差在10mV以內(nèi)，應(yīng)選多少位DAC？要想轉(zhuǎn)換誤差在10mV以內(nèi)，就必須能分辨出10mV電壓。210=1024，至少需要10位DAC。2/4/202388模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換——DAC主要性能(2)轉(zhuǎn)換精度DAC的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。(3)轉(zhuǎn)換速度從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)定值相差0.5LSB范圍所需要的時(shí)間。(4)溫度系數(shù)在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化的變化量。2/4/202389S7-300PLC模擬量處理生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要PLC來測量和控制：非電量：例如溫度、壓力、流量、頻率等。強(qiáng)電電量：例如發(fā)電機(jī)的電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因素等。S7-300PLC的模擬量I/O模塊包括模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸出模塊SM332，模擬量輸入/輸出模塊SM334和SM335。2/4/202390S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的用途生產(chǎn)過程物理量標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)傳感器變送器?壓力?溫度?流量?速度?pH值?粘性?等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模擬量輸出模板MR模塊ADC結(jié)果存儲(chǔ)器PIW...PIW...:::PIW...模擬量輸入模板CPU::::::LPIW304TPQW320:模擬執(zhí)行器

物理量......................................2/4/202391S7-300PLC模擬量處理——模擬量輸入模塊示意圖各模擬量輸入通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，用多路開關(guān)切換。各通道轉(zhuǎn)換過程和轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)是順序進(jìn)行的。2/4/202392S7-300PLC模擬量處理——模擬量輸出模塊示意圖2/4/202393S7-300PLC模擬量處理——量程卡測量的類型：通過量程卡上的適配開關(guān)可以設(shè)定測量的類型和范圍。允許的設(shè)置為“A”，“B”，“C”和“D”。量程卡安放在模板的左側(cè)，每兩個(gè)通道為一組，共用一個(gè)量程卡。如圖模塊有8個(gè)通道，因此有4個(gè)量程卡。沒有量程卡的模擬量模板具有適應(yīng)電壓和電流測量的不同接線端子，這樣，通過正確地連接有關(guān)端子可以設(shè)置測量的類型。2/4/202394如果模擬量模板的分辨率小于15位，則模擬量寫入累加器時(shí)向左對(duì)齊。不用的位用“0”填充。SM331模板積分時(shí)間、分辨率和擾動(dòng)頻率抑制三者的關(guān)系分辨率參數(shù)數(shù)據(jù)積分時(shí)間/ms2.516.620100干擾抑制頻率/Hz400605010精度/bit(包括符號(hào)位)9121214S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置SM335輸入信號(hào)的分辨率為13位+符號(hào)，模擬輸出為11位+符號(hào)。2/4/202395雙擊S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置輸入測量范圍的選擇2/4/202396SM335(輸入)SM331S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置輸入模塊設(shè)置2/4/202397輸入測量范圍的選擇：電壓、電流雙極性：±80mV，±2.5V，±3.2mA，±250mV，±5V，±10mA，±500mV，±10V，±20mA，±1V轉(zhuǎn)換結(jié)果的額定范圍-27648到+27648。單極性：0to2V，0to20mA，1to5V，4to20mA轉(zhuǎn)換結(jié)果的額定范圍0到+27648。S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置不使用的輸入必須在硬件上短路連接同時(shí)在軟件上不激活（“deactivated”）。不激活的模擬輸入可以減少循檢時(shí)間。2/4/202398可設(shè)置的電阻值的范圍：

0to150Ohm，0to300Ohm，0to600Ohm

轉(zhuǎn)換結(jié)果的額定范圍0到+27648。

溫度：熱電阻或熱電偶來測量。轉(zhuǎn)換結(jié)果的額定值用溫度的十倍值來表示：

傳感器： 溫度范圍： 轉(zhuǎn)換結(jié)果的額定范圍：

? Pt100 -200to+850oC -2000to+8500

? Ni100 -60to+250oC -600to+2500

? K型熱電偶 -270to+1372oC -2700to+13720

? N型熱電偶 -270to+1300oC -2700to+13000

? J型熱電偶 -210to+1200oC -2100to+12000

? E型熱電偶 -270to+1000oC -2700to+10000.輸入測量范圍的選擇：電阻、溫度S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置2/4/202399SM335(輸出)SM332S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置輸出模塊設(shè)置2/4/2023100輸出電壓電流的選擇S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置-27648到+27648可轉(zhuǎn)換為雙極性電壓或電流的額定范圍：±10V，±20mA0到+27648可轉(zhuǎn)換為單極性的電壓或電流的額定范圍：0到10V，1到5V，0到20mA，4到20mA如果被轉(zhuǎn)換的數(shù)值超限，模擬輸出模板被禁止(0V,0mA)。不用的輸出通道在硬件上必須保持開路（與模擬輸入不同），在軟件上不激活（“deactivated”）。2/4/2023101選擇輸出如何響應(yīng)CPUSTOP的情況（不是每種模板所有設(shè)置都可能）。?切到替代值(SV)——缺省的替代值被置為”0”;也就是，所有的輸出被斷開?？梢栽凇疤娲怠毙兄袨槊總€(gè)輸出設(shè)置替代值。替代值必須處于額定范圍內(nèi)。?保持最后值(KLV)——模板是否保持CPU進(jìn)入STOP模式前輸出最后值。?無電壓或電流輸出(OCV)——模板是否在CPUSTOP時(shí)斷開輸出(V/I=0V/mA)。S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的參數(shù)設(shè)置CPUSTOP響應(yīng)2/4/2023102S7-300PLC模擬量處理——模擬量的表達(dá)方式模擬量用補(bǔ)碼的形式表達(dá)：第15位=0為正數(shù)，第15位=1為負(fù)數(shù)。范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限測量范圍±10V電壓例如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

0-7.50-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76單位3276732511:

276492764820736

0-20736-27648-27649:

-32512-32768測量范圍4..20mA電流例如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845單位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768測量范圍-200...+850oC溫度例如

Pt100單位3276710000:

85018500:

::-2000-2001:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1測量范圍0...300Ohm電阻例如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允許負(fù)值單位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-4864在不同測量范圍下模擬量的表達(dá)方式2/4/2023103S7-300PLC模擬量處理——模擬量的表達(dá)方式模擬輸出量的表達(dá)方式范圍超上限超上界額定范圍超下界超下限單位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

輸出范圍：電壓011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00輸出范圍：

電流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

002/4/2023104S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的尋址S7-300為模擬量輸入和輸出保留了特定的地址區(qū)域，地址范圍從字節(jié)256到767，每個(gè)模擬量通道占2字節(jié)。每個(gè)模擬量模板占用16個(gè)字節(jié)的訪問區(qū)域。槽位決定模板的起始地址號(hào)碼。用裝載和傳送指令來訪問模擬模板：例如：指令“LPIW322”讀取機(jī)架0上第8號(hào)槽的第二通道。

M號(hào)機(jī)架的N號(hào)槽的模擬量模塊的起始字節(jié)地址為：128M+(N-4)16+256在程序中對(duì)模擬量輸入地址的訪問

2/4/2023105S7-300PLC模擬量處理——模擬量模板的尋址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(發(fā)送)槽口號(hào) 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430機(jī)架1機(jī)架0電源模板IM(接收)

電源模板CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638機(jī)架2IM(接收)

電源模板機(jī)架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

電源模板2/4/2023106實(shí)際的工程量，如壓力、溫度、流量、物位等要采用各種類型傳感器進(jìn)行測量。傳感器將輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、溫度、或電阻信號(hào)供PLC采集，PLC的模擬量輸入模板將該電壓、電流、溫度、或電阻信號(hào)等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量——整形數(shù)(INTEGER)。在PLC程序內(nèi)部要對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算時(shí)，常需將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值（對(duì)應(yīng)于傳感器的量程）。而經(jīng)程序運(yùn)算后得到的結(jié)果要先轉(zhuǎn)換成與實(shí)際工程量對(duì)應(yīng)的整形數(shù)，再經(jīng)模擬量輸出模板轉(zhuǎn)換成電壓、電流信號(hào)去控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這樣就需要在程序中調(diào)用功能塊完成量程轉(zhuǎn)換。S7-300PLC模擬量處理——模擬量的規(guī)范化2/4/2023107如一個(gè)壓力調(diào)節(jié)回路中，壓力變送器輸出4-20mADC信號(hào)到SM331模擬量輸入模板，SM331模板將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-27648的整形數(shù)。然后在程序中要調(diào)用FC105將該值轉(zhuǎn)換成0-10.0MPa的工程量（實(shí)數(shù)）。經(jīng)PID運(yùn)算后得到的結(jié)果仍為實(shí)數(shù)，要用FC106轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)閥門開度0-100%的整形數(shù)0-27648后，經(jīng)SM332模擬量輸出模板輸出4-20mADC信號(hào)到調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

S7-300PLC模擬量處理——模擬量的規(guī)范化2/4/2023108單極性輸入模擬量滿量程對(duì)應(yīng)0～27648，雙極性輸入模擬量滿量程對(duì)應(yīng)-27648～+27648。例：壓力變送器的量程為0～10MPa，輸出信號(hào)為4～20mA，模擬量輸入模塊的量程為4～20mA，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為0～27648，設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，試求以kPa為單位的壓力值。解：0～10MPa(0～10000kPa)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換后的數(shù)字0～27648，轉(zhuǎn)換公式為：P=10000

N/27648（kPa）根據(jù)模擬量輸入模塊的輸出值計(jì)算對(duì)應(yīng)的物理量S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023109例：某溫度變送器的量程為?100℃～500℃，輸出信號(hào)為4～20mA，某模擬量輸入模塊將0～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字0～27648，設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，求以0.1℃為單位的溫度值。單位為0.1℃的溫度值?1000～5000對(duì)應(yīng)于數(shù)字量5530～27648，根據(jù)比例關(guān)系，得出溫度T的計(jì)算公式為：根據(jù)模擬量輸入模塊的輸出值計(jì)算對(duì)應(yīng)的物理量S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023110例：水罐的液位以升為單位來測量，它的容量是500升。例A顯示當(dāng)水罐空時(shí)傳感器檢測到0V電壓，當(dāng)水罐滿時(shí)傳感器檢測到10V電壓。例B顯示當(dāng)水罐空時(shí)傳感器檢測到-10V電壓，當(dāng)水罐滿時(shí)傳感器檢測到10V電壓。例B測量的液位具有雙倍的分辨率，因?yàn)樗薜娜萘勘环峙涞?27648至+27648更大的范圍單位。規(guī)范化：模擬模板-10V至+10V的電壓范圍對(duì)應(yīng)-27648至+27648數(shù)值范圍，這個(gè)數(shù)值范圍轉(zhuǎn)化為實(shí)際物理范圍稱為規(guī)范化（或整定）。標(biāo)準(zhǔn)塊FC105用于模擬量的規(guī)范化。S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023111HI_LIM=500.0LO_LIM=0.00雙向(M0.0=′1′)(傳感器也提供負(fù)電壓)BHI_LIM=500.0LO_LIM=0.00單向(M0.0=′0′)(傳感器只提供正電壓)AOUTININOUTxx+1Δxx+1ΔS7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023112IN：IN輸入端的模擬值可直接從模板上讀取或從一個(gè)INT格式的數(shù)據(jù)接口上讀取。LO_LIM(下界)和HI_LIM(上界)輸入?yún)?shù)：用于定義規(guī)范化的物理量范圍。本例中,轉(zhuǎn)換為0到500升范圍。OUT：規(guī)范化后的值（實(shí)際物理量），以實(shí)數(shù)格式存儲(chǔ)在OUT輸出端(LO_LIM<=OUT<=HI_LIM)。BIPOLAR：BIPOLAR輸入端用來決定是否僅正值或負(fù)值也被轉(zhuǎn)換。如果帶有狀態(tài)“0”（單向）的操作數(shù)被傳送到該參數(shù)，做從0至+27648范圍的規(guī)范化。如果帶有狀態(tài)“1”（雙向）的操作數(shù)被傳送到該參數(shù)，做從-27648至+27648范圍的規(guī)范化。RET_VAL：如果該程序塊執(zhí)行無誤，則RET_VAL端輸出為0。S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023113S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化SCALE(FC105)功能將一個(gè)整形數(shù)INTEGER(IN)轉(zhuǎn)換成上限、下限(LO_LIM，HI_LIM)之間的實(shí)際工程值，結(jié)果寫到OUT。2/4/2023114AI2AI1重量0至500kg-15V...+15VAI1AI2AO1AO2V010模擬器0...10VPIW304AI模板0...27648QW6DO模板0至500kgBCD顯示1230重量顯示當(dāng)I0.6=′1′練習(xí)：顯示零件重量S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023115任務(wù)：零件在傳送帶終端要被稱重(光柵)。用模擬器的電位器(0至10V)可設(shè)置0至500kg的當(dāng)前重量。當(dāng)開關(guān)(I0.6)被接通時(shí)，在BCD數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前重量(0至500kg)。只需要每250ms紀(jì)錄當(dāng)前重量。在OB35中編程讀并且顯示當(dāng)前重量。練習(xí)：顯示零件重量S7-300PLC模擬量處理——模擬輸入量的規(guī)范化2/4/2023116S7-300PLC模擬量處理——模擬輸出量的規(guī)范化示例：用戶程序計(jì)算出的0.0到100.0%范圍內(nèi)的模擬量用FC106轉(zhuǎn)化為范圍0至27648（單向）或-27648至+27648（雙向）。當(dāng)轉(zhuǎn)化的值輸出到模擬輸出模板，該模板將用例如0V至+10V（單向）或-10V至+10V（雙向）的值驅(qū)動(dòng)模擬量執(zhí)行器（例如伺服閥）。例A顯示當(dāng)程序值為0%時(shí)用0值(0V或0mA)驅(qū)動(dòng)模擬量執(zhí)行器，當(dāng)程序值為100%時(shí)用最大值(例如+10V或20mA)驅(qū)動(dòng)模擬量執(zhí)行器。例B顯示當(dāng)程序值為0%時(shí)用最小值(-10V或-20mA)驅(qū)動(dòng)模擬量執(zhí)行器，當(dāng)程序值為100%時(shí)用最大值(例如+10V或20mA)驅(qū)動(dòng)模擬量執(zhí)行器。2/4/2023117S7-300PLC模擬量處理——模擬輸出量的規(guī)范化2764800.0(LO_LIM)100.0(HI_LIM)INOUT0.0(LO_LIM)100.0(HI_LIM)INOUT27648-27648AB單向(M0.0=′0′)(只提供正電壓給執(zhí)行器)雙向(M0.0=′1′)(提供正負(fù)電壓給執(zhí)行器)02/4/2023118規(guī)范化：程序計(jì)算出的值(示例中的百分比)轉(zhuǎn)化為模擬輸出模板的數(shù)值范圍。標(biāo)準(zhǔn)塊FC106用于模擬輸出操作規(guī)范化。IN：程序計(jì)算出的值必須以REAL格式傳送。LO_LIM(下界)和HI_LIM(上界)：用于定義程序值的范圍。本例中，范圍為0.0%到100.0%。OUT：規(guī)范化后的值以INT格式在OUT輸出端輸出。BIPOLAR：用來決定是否僅正值或負(fù)值也被轉(zhuǎn)換?！?”(單向)做從0至+27648范圍的規(guī)范化?！?”（雙向），做從-27648至+27648范圍的規(guī)范化。RET_VAL： 如果該程序塊執(zhí)行無誤，則RET_VAL端輸出為0。S7-300PLC模擬量處理——模擬輸出量的規(guī)范化2/4/2023119S7-300PLC模擬量處理——模擬輸出量的規(guī)范化UNSCALE(FC106)功能將一個(gè)上限、下限(LO_LIM，HI_LIM)之間的REAL(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，結(jié)果寫到OUT。2/4/2023120S7-300PLC模擬量處理——模擬量的規(guī)范化2/4/2023121S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023122OB1S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023123OB1續(xù)S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023124OB1續(xù)S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023125OB1續(xù)S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023126OB1續(xù)S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023127OB100S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(攪拌控制系統(tǒng))2/4/2023128S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(乒乓控制算法)乒乓控制算法要求2/4/2023129S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(乒乓控制算法)FC12/4/2023130S7-300PLC模擬量處理——設(shè)計(jì)舉例(乒乓控制算法)DB1OB12/4/2023131模擬量閉環(huán)PID控制——框圖給定測量值控制信號(hào)被控量控制量擾動(dòng)偏差2/4/2023132閉環(huán)控制必須保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，如果系統(tǒng)接成了正反饋，將會(huì)失控，被控量會(huì)往單一方向增大或減小，給系統(tǒng)的安全帶來極大的威脅。閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋極性與很多因素有關(guān)，例如因?yàn)榻泳€改變了變送器輸出電流或輸出電壓的極性，或改變了位移傳感器(編碼器)的安裝方向，都會(huì)改變反饋的極性?？梢杂孟率龇椒▉砼袛喾答伒臉O性：在調(diào)試時(shí)斷開D/A轉(zhuǎn)換器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的連線，在開環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行PID控制程序?？刂破髦杏蟹e分環(huán)節(jié)，因?yàn)榉答伇粩嚅_了，不能消除余差，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓會(huì)向一個(gè)方向變化。這時(shí)如果接上執(zhí)行器，能減小誤差，則為負(fù)反饋，反之為正反饋。模擬量閉環(huán)PID控制——負(fù)反饋2/4/2023133通過設(shè)置控制器的正反作用形式保證閉環(huán)系統(tǒng)負(fù)反饋。當(dāng)控制器的測量y增加時(shí)，控制器的輸出u減小，正作用控制器，控制器的放大倍數(shù)為正；當(dāng)控制器的測量y增加時(shí)，控制器的輸出u增加，反作用控制器，控制器放大倍數(shù)為負(fù)。使整個(gè)控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)設(shè)為負(fù)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。模擬量閉環(huán)PID控制——負(fù)反饋2/4/2023134tty(t)y(t)模擬量閉環(huán)PID控制——時(shí)域指標(biāo)2/4/2023135比例放大系數(shù)積分時(shí)間微分時(shí)間控制作用的初始值模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法2/4/2023136不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性使用方便模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法優(yōu)點(diǎn)2/4/2023137模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法數(shù)字PIDPID調(diào)節(jié)器D/A被控對(duì)象測量元件sp(n)e(n)u(n)c(t)pv(t)+-執(zhí)行機(jī)構(gòu)變送器A/Du(t)pv(n)PLC周期性地執(zhí)行PID控制程序，執(zhí)行的周期稱為采用周期Ts。2/4/2023138模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法數(shù)字PID采用數(shù)值近似法，用矩形法求定積分，用一階差分近似微分：則當(dāng)t=kT時(shí)：令u(k)與u(k1)相減，可化為遞推形式的u(k)表達(dá)式：PID位置控制算法2/4/2023139模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法數(shù)字PIDPID增量式控制算法二者的選用主要看執(zhí)行元件的要求。例如對(duì)于調(diào)節(jié)閥一般用PID位置控制算式，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)一般用PID增量控制算式。2/4/2023140增大比例系數(shù)使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)速度加快，并且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例系數(shù)過大會(huì)使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長，動(dòng)態(tài)性能變壞，比例系數(shù)太大甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。單純的比例控制很難保證調(diào)節(jié)得恰到好處，完全消除誤差。模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法比例控制2/4/2023141模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法積分控制積分調(diào)節(jié)的“大方向”是正確的，有減小誤差的作用。一直要到系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)誤差恒為零，比例部分和微分部分均為零，積分部分才不再變化，并且剛好等于穩(wěn)態(tài)時(shí)需要的控制器的輸出值，因此積分部分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。因?yàn)榉e分時(shí)間TI在積分項(xiàng)的分母中，TI越小，積分項(xiàng)變化的速度越快，積分作用越強(qiáng)。每次PID運(yùn)算時(shí)，在原來的積分值的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)與當(dāng)前的誤差值ev(n)成正比的微小部分。誤差為負(fù)值時(shí)，積分的增量為負(fù)。只要誤差不為零，控制器的輸出就會(huì)因?yàn)榉e分作用而不斷變化。2/4/2023142模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法比例積分控制控制器輸出中的積分項(xiàng)與當(dāng)前的誤差值和過去歷次誤差值的累加值成正比，因此積分作用本身具有嚴(yán)重的滯后特性，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利。而比例項(xiàng)沒有延遲，只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就會(huì)立即起作用。因此積分作用很少單獨(dú)使用，它一般與比例和微分聯(lián)合使用，組成PI或PID控制器。PI和PID控制器既克服了單純的比例調(diào)節(jié)有穩(wěn)態(tài)誤差的缺點(diǎn)，又避免了單純的積分調(diào)節(jié)響應(yīng)慢、動(dòng)態(tài)性能不好的缺點(diǎn)，因此被廣泛使用。如果積分作用太強(qiáng)（即積分時(shí)間太小），其累積的作用會(huì)使系統(tǒng)輸出的動(dòng)態(tài)性能變差，超調(diào)量增大，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分作用太弱（即積分時(shí)間太大），則消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度太慢，積分時(shí)間的值應(yīng)取得適中。2/4/2023143誤差的微分就是誤差的變化速率，誤差變化越快，其微分絕對(duì)值越大。誤差增大時(shí)，其微分為正；誤差減小時(shí)，其微分為負(fù)?？刂破鬏敵隽康奈⒎植糠峙c誤差的微分成正比，反映了被控量變化的趨勢。有經(jīng)驗(yàn)的操作人員在溫度上升過快，但是尚未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，根據(jù)溫度變化的趨勢，預(yù)感到溫度將會(huì)超過設(shè)定值，出現(xiàn)超調(diào)。于是調(diào)節(jié)電位器的轉(zhuǎn)角，提前減小加熱的電流。閉環(huán)控制系統(tǒng)的振蕩甚至不穩(wěn)定的根本原因在于有較大的滯后因素。因?yàn)槲⒎猪?xiàng)能預(yù)測誤差變化的趨勢，這種“超前”的作用可以抵消滯后因素的影響。適當(dāng)?shù)奈⒎挚刂谱饔每梢允钩{(diào)量減小，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。模擬量閉環(huán)PID控制——PID控制算法微分控制2/4/2023144對(duì)于有較大的滯后特性的被控對(duì)象，如果PI控制的效果不理想，可以考慮增加微分控制，以改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。微分時(shí)間與