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機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題:
工程量轉(zhuǎn)換的方法(轉(zhuǎn))
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作者:
能源員
時間:
2007-11-7 18:35
標(biāo)題:
工程量轉(zhuǎn)換的方法(轉(zhuǎn))
1,、基本概念
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我們生活在一個物質(zhì)的世界中,。世間所有的物質(zhì)都包含了化學(xué)和物理特性,我們是通過對物質(zhì)的表觀性質(zhì)來了解和表述物質(zhì)的自有特性和運動特性,。這些表觀性質(zhì)就是我們常說的質(zhì)量,、溫度、速度,、壓力,、電壓、電流等用數(shù)學(xué)語言表述的物理量,在自控領(lǐng)域稱為工程量,。這種表述的優(yōu)點是直觀,、容易理解。在電動傳感技術(shù)出現(xiàn)之前,,傳統(tǒng)的檢測儀器可以直接顯示被測量的物理量,,其中也包括機(jī)械式的電動儀表。
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2,、標(biāo)準(zhǔn)信號
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在電動傳感器時代,,中央控制成為可能,這就需要檢測信號的遠(yuǎn)距離傳送,。但是紛繁復(fù)雜的物理量信號直接傳送會大大降低儀表的適用性,。而且大多傳感器屬于弱信號型,遠(yuǎn)距離傳送很容易出現(xiàn)衰減,、干擾的問題,。因此才出現(xiàn)了二次變送器和標(biāo)準(zhǔn)的電傳送信號。二次變送器的作用就是將傳感器的信號放大成為符合工業(yè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的電信號,,如0-5V,、0-10V或4-20mA(其中用得最多的是4-20mA)。而變送器通過對放大器電路的零點遷移以及增益調(diào)整,,可以將標(biāo)準(zhǔn)信號準(zhǔn)確的對應(yīng)于物理量的被檢測范圍,,如0-100℃或-10-100℃等等。這是用硬件電路對物理量進(jìn)行數(shù)學(xué)變換,。中央控制室的儀表將這些電信號驅(qū)動機(jī)械式的電壓表,、電流表就能顯示被測的物理量。對于不同的量程范圍,,只要更換指針后面的刻度盤就可以了,。更換刻度盤不會影響儀表的根本性質(zhì),這就給儀表的標(biāo)準(zhǔn)化,、通用性和規(guī)�,;a(chǎn)帶來的無可限量的好處。
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3,、數(shù)字化儀表
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到了數(shù)字化時代,,指針式顯示表變成了更直觀、更精確的數(shù)字顯示方式,。在數(shù)字化儀表中,這種顯示方式實際上是用純數(shù)學(xué)的方式對標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行逆變換,,成為大家習(xí)慣的物理量表達(dá)方式,。這種變換就是依靠軟件做數(shù)學(xué)運算。這些運算可能是線性方程,也可能是非線性方程,,現(xiàn)在的電腦對這些運算是易如反掌,。
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4、信號變換中的數(shù)學(xué)問題
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信號的變換需要經(jīng)過以下過程:物理量-傳感器信號-標(biāo)準(zhǔn)電信號-A/D轉(zhuǎn)換-數(shù)值顯示,。
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聲明:為簡單起見,,我們在此討論的是線性的信號變換。同時略過傳感器的信號變換過程,。
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假定物理量為A,,范圍即為A0-Am,實時物理量為X,;標(biāo)準(zhǔn)電信號是B0-Bm,,實時電信號為Y;A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值為C0-Cm,,實時數(shù)值為Z,。
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如此,B0對應(yīng)于A0,,Bm對應(yīng)于Am,,Y對應(yīng)于X,及Y=f(X),。由于是線性關(guān)系,,得出方程式為Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。又由于是線性關(guān)系,,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)學(xué)方程Z=f(X)可以表示為Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0,。那么就很容易得出逆變換的數(shù)學(xué)方程為X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中計算出來的X就可以在顯示器上直接表達(dá)為被檢測的物理量,。
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5,、PLC中逆變換的計算方法
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以S7-200和4-20mA為例,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,,我們得到的數(shù)值是6400-32000,,及C0=6400,Cm=32000,。于是,,X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
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例如某溫度傳感器和變送器檢測的是-10-60℃,,用上述的方程表達(dá)為X=70*(Z-6400)/25600-10,。經(jīng)過PLC的數(shù)學(xué)運算指令計算后,HMI可以從結(jié)果寄存器中讀取并直接顯示為工程量,。
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用同樣的原理,,我們可以在HMI上輸入工程量,,然后由軟件轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。
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在S7-200中,,(Z-6400)/25600的計算結(jié)果是非常重要的數(shù)值,。這是一個0-1.0(100%)的實數(shù),可以直接送到PID指令(不是指令向?qū)В┑臋z測值輸入端,。PID指令輸出的也是0-1.0的實數(shù),,通過前面的計算式的反計算,可以轉(zhuǎn)換成6400-32000,,送到D/A端口變成4-20mA輸出,。
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以上講述的是PLC中工程量轉(zhuǎn)換的基本方法,程序的編寫則因人,、因事而異,。但是萬變不離其衷。如果大家感興趣,,我可以給出自己編寫的程序供大家參考,,同時也希望各位網(wǎng)友不吝賜教、互相交流,。
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