模拟值处理-base on simatic

标签：simatic 变送器 base 模拟模块模拟量 10V 精度温度

1. 模拟量有哪些

温度
压力
速度
填充量
PH值

2. 变送器
对于PLC而言，只能处理位模式格式的模拟值（-32767~32767）。所以变送器的目的是测量如压力流量温度等物理值，再转换成电流/电压/电阻等形式，方便模拟量输入模块采集，采集后再模块内部有一个AD（模数）转换器，可以把电流电压电阻值变成16位整数值。

电压变送器
电流变送器
- 2线制电流变送器（无源变送器，靠模拟量模块给电压）
- 4线制电流变送器（有源，变送器自己出一个负载供电）
电阻变送器
- 2线
- 3线
- 4线
热电偶
隔离变送器

3. 模数转换
PLC只能处理数字格式的信息。因此模块内部靠ADC转换，把模拟量的连续变化的曲线数字化为一个近似的跳变曲线（采样点越多，越趋近于真实的模拟量曲线）。对于西门子的产品，ADC芯片的转换始终返回的是一个16bits字。

模数转换关键参数1：准确性/精度
模数转换关键参数2：转换速度

4. 精度
精度越高，跳变的数字曲线才会越趋近于物理上连续的真实模拟量曲线。
在西门子的模拟量模块选型中，经常会遇到描述模块精度的词汇，如模块精度为13bits,或者模块精度为16位。下面将用计算来说明一下模块精度怎么理解：

在0-10V的测量模块中，模块精度等于13位（=12bit + S），其中S表示符号位；0-正1-负。

//仅作举例
2^12=4096
最小增量 = 10V / 4096
        = 2.4mV

在0-10V的测量模块中，模块精度等于16位（=15bit + S），其中S表示符号位；0-正1-负。

2^15=32768
//实际上因为额定范围，上溢下溢等概念，导致10V对应的数字值应该是27648，这里只是理论计算
//双极性-32768~+32767，单极性0~+32767,所以单双极性之间最小增量是一致的。
理论最小增量 = 10V / 32768
        = 0.305mV
实际最小增量 = 10V / 27648
        = 0.3617mV

5. 输出范围

低于16bit的模块未使用的有效位用“0”填充，模拟值左对齐，即右边部分是填充部分
无论是何种精度，模块都将占用-32768~+32767的所有范围，精度决定了两个连续值之间的缩放值（单位步长）
- 16bit模块以1个单位步长递增，（2^0=1）
- 13bit模块以8个单位步长递增，（2^3=8）
双极性输入输出范围表示
- 输入，精度16bit,+-10V
- 输出，精度16bit,+-10V
单极性输入输出范围表示
- 输入，精度16bit,+-10V
- 输出，精度16bit,+-10V

6. 误差

基本误差，在25℃环境下的操作极限，使用最大值*误差值
全温范围误差，整个温度范围的操作限值，使用最大值*误差值
线性误差
温度误差
- 如下图，西门子的手册里对温度误差的案例可能会引起一些误会，其实在这个案例里面不管是+-2.4K(开式温度)还是+-6℃（摄氏温度），它们所表达的都是一个相对温度（相对于-273.15或者相对于0）。相对温度下不考虑绝对计量起点，所以这里用K和用摄氏度都可以，直接相加就行。