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。

表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。

表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。

表1.3

例如，表1.4中 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）

表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。

•   绝对误差：实际值和真实值之差的最大。绝对误差有正有负。其表达式为：
•   基本误差限值（25°C 时的操作限值，与所选输入范围内的测量范围极值有关）：是指整个转换范围内，绝对误差与量程极值range的比值，以百分数表示。 其表达式为：                                

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

表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

1）FC105/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：

图3.1

图3.2

注意：请不要使用 “S5-S7 Converting Blocks”下的 FC105，FC106，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_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。SCALE功能使用以下等式：

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

常数K1和K2根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置。

 ● BIPOLAR：假定输入整型值介于 -27648与27648之间，因此K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

  ●UNIPOLAR：假定输入整型值介于0和27648之间，因此K1 = 0.0，K2 = +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	I、Q、M、D、L	使能输入端，信号状态为1时激活该功能。
ENO	输出	BOOL	I、Q、M、D、L	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	I、Q、M、D、L、P、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	I、Q、M、D、L、P、常数	以工程单位表示的上限值。
LO_LIM	输入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常数	以工程单位表示的下限值。
BIPOLAR	输入	BOOL	I、Q、M、D、L	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	I、Q、M、D、L、P	转换的结果。
RET_VAL	输出	WORD	I、Q、M、D、L、P	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0，RET_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0.0和100.0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，ENO和Q0.0的信号状态将设置为1，RET_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_LIM和HI_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OUT。UNSCALE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K1和K2。

 ● BIPOLAR：假定输出整型值介于 -27648和27648之间，因此，K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

 ● UNIPOLAR：假定输出整型值介于0和27648之间，因此，K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)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	I、Q、M、D、L	使能输入端，信号状态为1时激活该功能。
ENO	输出	BOOL	I、Q、M、D、L	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	I、Q、M、D、L、P、常数	欲转换为整型值的输入值。
HI_LIM	输入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常数	以工程单位表示的上限值。
LO_LIM	输入	REAL	I、Q、M、D、L、P、常数	以工程单位表示的下限值。
BIPOLAR	输入	BOOL	I、Q、M、D、L	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	I、Q、M、D、L、P	转换结果。
RET_VAL	输出	WORD	I、Q、M、D、L、P	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_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)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0，RET_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0.0和100.0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，ENO和Q0.0的信号状态将设置为1，RET_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 和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

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，用于模拟量输入/输出的编程。

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

图4.1

2）SCALE/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。