TIA博途模拟量测量与工程量转换

模拟量输入模块提供了一个数值用于标准化模拟量信号(电流、电压、电阻或温度)。这个数值代表被测量的参数(例如:以公升计量料位)。这个过程被称作标准化或缩放模拟量值。
图. 01 是标准化的例子。
相反,使用用户程序计算过程值。这个过程值被转换成数字信号,模拟量输出模块再将其转换成模拟量信号用来驱动模拟执行器。此转换过程被称作逆标准化。
图. 02
因此,y 数值总是转换结果。x 数值在不同情况下都是已知参数。
有以下几种方式进行标准化:
一、fc165和fc166
通过输入 ymin  和 ymax ,能限制计算值y (计算出的y值)到低限和高限之间的一个特定值。这限制了模拟量输入和输出量程卡的上限和下限范围(这限制了模拟量输入和输出卡件的上溢和下溢)。
y值根据一般线性方程计算:y = a x + b。
由此引出以下关系:y = (y1-y0) / (x1-x0) * (x-x0) + y0 。
以下是用功能块 skal_linear+lim_int_real [fc165] (integer > real)  实现线性缩放的例子。
图. 03
例子:
模拟量输入模块用来测量一个4ma 至 20ma 的电流信号。此信号在 cpu 内部被转换为 0 至27648。液位用此计算值来测量。由此可知 4ma 对应 0.0m 液位,而 20ma 对应 1.7m 液位。
输出如下参数:
p0(x0=0; y0=0.0)
p1(x1=+27648; y1=+1.7)
按照如下方式调用 fc165 功能块:
图. 04
注:该函数没有加密,不受tia portal版本限制。
二、fc105和fc106
程序库例程fc105,fc106,用户可以使用它们将模拟量输入/输出的整数数值与工程量单位之间进行转换。用户需要将此例程安装到程序库中。
步骤1:解压缩“analog_convert.rar”文件到一个文件夹。
步骤2:打开step7 basic中的“libraries tab”, 点击“open global library”图标。
图. 01
步骤3:选择“analog_convert”库所解压的文件夹。
图. 02
步骤4:在添加程序库后,fc105(scale),fc106(unscale)即可以被添加到用户程序中。
图. 03
参数转化关系:
out = [((float (in) – k1)/ (k2–k1)) * (hi_lim–lo_lim)] + lo_lim
注意:如果用户使用的输入/输出类型为双极性(如±10v,±5v等),bipolar参数应当给定为true,此时k1=-27648,k2=27648,否则k1=0,k2=27648。
例如:假设模拟量模块所接传感器为0-20ma 类型,其测量对象为温度,当温度为0℃时电流为0 ma,当温度为100℃时电流为20 ma。此时模拟量输入模块得到的对应数值0 ma对应为0,20 ma对应为27648。如果当前电流值为10 ma,则模拟量模块得到的输入值为13824,如果用户希望在cpu中得到一个终的实际温度值,则可以调用fc105,将模拟量输入模块的数值赋给参数in,工程量上限值给定为100.0,下限值给定为0.0,即可在输出参数out得到实际温度值50℃。
图. 04:fc105 使用例子
2. 用户可以使用本例子所提供的fc106将工程量值转换为模拟量输出模板所需要的数值。
参数转化关系:
out = [ ((in–lo_lim)/(hi_lim–lo_lim)) * (k2–k1) ] + k1
注意:如果用户使用的输入/输出类型为双极性(如±10v等),bipolar参数应当给定为true,此时k1=-27648,k2=27648,否则k1=0,k2=27648。
例如:假设模拟量输出模块输出设置为0-20ma 类型,其所连接的执行器为调节阀。当电流为0 ma时阀门开度为0%,当电流为20 ma时阀门开度为100%。如果用户希望阀门开度为50%,则可以调用fc106,将开度给定值赋给参数in,工程量上限值给定为100.0,下限值给定为0.0,将模拟量输出模块的地址赋给参数out,此时out数值为13824,即可使模拟量输出模块输出电流值为10 ma,即阀门开度为50%。
图. 05:fc106 使用例子
注:该函数有加密,高版本tia portal不能使用。
三、norm_x和scale_x
可以使用 scale_ x “缩放”  和 norm_x “标准化”来转化模拟量值。这些功能块位于 tia portal基本指令的“转换操作”中。  功能与参数的详细说明参考 tia portal在线帮助。若要取得某个功能块的在线帮助,需选中该块 ( 如 scale_x )  然后按下“f1” 键。
下面的例子中假设测量范围是单极性的。整数值介于 0  到 27648 之间。
例子 1:
整数  27648  对应于 20 ma 电流,整数 0  对应于 0 ma 电流。上下限分别为 max=27648  和 min=0 ,量程转化后对应于 max=20  和 min=0 。输入值为整数数据类型,量程转化后输出值为实数数据类型,功能块 norm_x    可将整数转化为实数。
图. 01
图. 01 中连接的两个功能块运算后,功能块 norm_x  的输入值和功能块 scale_x 的输出值之间有如下的定义:
norm_x_value - norm_x_min
scale_x_out - scale_x_min
-------------------------------------------
=
-----------------------------------------
norm_x_max - norm_x_min
scale_x_max - scale_x_min
如果功能块 norm_x 的输入值“value”为 10500,上下限值如图. 01 所示,那么功能块 scale_x 输出值“out” 有如下的数值:
10500 - 0
scale_x_out - 0
-------------

-----------------------
27648 - 0
20 - 0
scale_x_out = 7.5955 (表示 7.5955 ma)
例子 2 - 电流测量:
模拟量值 4 - 20 ma 将显示为整数值。因为输入的实数值转化为输出的整数值,功能块 scale_x 将实数转化为整数。整数值 27648 对应于 20 ma (上限) ,整数值 5530 对应于 4 ma (下限)。例如,整数值 10500 转化为模拟量值 7.5955 (ma)。
图. 02
注:该函数比较灵活,但是要换算工程量,还需要做一些修正。