工程量轉(zhuǎn)換的方法（轉(zhuǎn)）

能源員

1、基本概念
* w* F% {5 j+ j$ @" V
# q* G2 H& `; m$ j8 H  g我們生活在一個(gè)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(guò)對(duì)物質(zhì)的表觀性質(zhì)來(lái)了解和表述物質(zhì)的自有特性和運(yùn)動(dòng)特性,。這些表觀性質(zhì)就是我們常說(shuō)的質(zhì)量、溫度,、速度,、壓力、電壓,、電流等用數(shù)學(xué)語(yǔ)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(diǎn)是直觀,、容易理解,。在電動(dòng)傳感技術(shù)出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的檢測(cè)儀器可以直接顯示被測(cè)量的物理量,，其中也包括機(jī)械式的電動(dòng)儀表,。

& A& Y/ p8 H( e7 c2、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)
' a" G4 F, j) |" k
, C# z' W' C0 t2 v  ^在電動(dòng)傳感器時(shí)代,，中央控制成為可能,，這就需要檢測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。但是紛繁復(fù)雜的物理量信號(hào)直接傳送會(huì)大大降低儀表的適用性,。而且大多傳感器屬于弱信號(hào)型,，遠(yuǎn)距離傳送很容易出現(xiàn)衰減、干擾的問(wèn)題,。因此才出現(xiàn)了二次變送器和標(biāo)準(zhǔn)的電傳送信號(hào),。二次變送器的作用就是將傳感器的信號(hào)放大成為符合工業(yè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，如0－5V,、0－10V或4－20mA（其中用得最多的是4－20mA）,。而變送器通過(guò)對(duì)放大器電路的零點(diǎn)遷移以及增益調(diào)整，可以將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)于物理量的被檢測(cè)范圍,，如0－100℃或-10－100℃等等,。這是用硬件電路對(duì)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(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)械式的電壓表,、電流表就能顯示被測(cè)的物理量,。對(duì)于不同的量程范圍，只要更換指針后面的刻度盤(pán)就可以了,。更換刻度盤(pán)不會(huì)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)�,；�生產(chǎn)帶來(lái)的無(wú)可限量的好處,。

  B9 N9 m/ e8 z( \/ ?/ W" }/ j. z7 L3、數(shù)字化儀表
6 k: n4 |+ v  o" I1 h
到了數(shù)字化時(shí)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(shí)際上是用純數(shù)學(xué)的方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(yùn)算,。這些運(yùn)算可能是線性方程,，也可能是非線性方程，現(xiàn)在的電腦對(duì)這些運(yùn)算是易如反掌,。
' A! O6 i% _6 d. I' ]
; w: M/ `$ Y1 f4,、信號(hào)變換中的數(shù)學(xué)問(wèn)題
! n. g7 n4 d5 ?$ r* G+ |
; ?! p( z6 ^$ E! J信號(hào)的變換需要經(jīng)過(guò)以下過(guò)程：物理量－傳感器信號(hào)－標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)－A/D轉(zhuǎn)換－數(shù)值顯示。
6 Q# ~6 k. M+ H/ U4 w3 k- P0 I
聲明：為簡(jiǎn)單起見(jiàn),，我們?cè)诖擞懻摰氖蔷�性的信號(hào)變換,。同時(shí)略過(guò)傳感器的信號(hào)變換過(guò)程。
5 q. ?3 f$ p8 J$ f' P/ F3 x6 x
假定物理量為A,，范圍即為A0－Am,，實(shí)時(shí)物理量為X；標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是B0－Bm,，實(shí)時(shí)電信號(hào)為Y,；A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值為C0-Cm，實(shí)時(shí)數(shù)值為Z,。

6 b3 Z7 f- ]( b/ R2 G如此,，B0對(duì)應(yīng)于A0，Bm對(duì)應(yīng)于Am,，Y對(duì)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(guò)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(jì)算出來(lái)的X就可以在顯示器上直接表達(dá)為被檢測(cè)的物理量,。
( h% _; u+ o9 W+ B" l! c% \
& S4 Y0 u  a0 `/ P+ F* B( p5、PLC中逆變換的計(jì)算方法
: ?* N0 Z9 O: j! h4 p0 y9 d
7 b: S# R$ u) y) ~* W1 x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,。
5 n+ J- U* g, l/ h9 x
& c& @& Q0 U' C$ f/ @. {4 Q5 P) K例如某溫度傳感器和變送器檢測(cè)的是-10－60℃,，用上述的方程表達(dá)為X=70*(Z-6400)/25600-10。經(jīng)過(guò)PLC的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令計(jì)算后,，HMI可以從結(jié)果寄存器中讀取并直接顯示為工程量,。

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,。

在S7-200中，(Z-6400)/25600的計(jì)算結(jié)果是非常重要的數(shù)值,。這是一個(gè)0－1.0（100％）的實(shí)數(shù),，可以直接送到PID指令（不是指令向?qū)В┑臋z測(cè)值輸入端。PID指令輸出的也是0－1.0的實(shí)數(shù),，通過(guò)前面的計(jì)算式的反計(jì)算,，可以轉(zhuǎn)換成6400－32000，送到D/A端口變成4－20mA輸出,。

以上講述的是PLC中工程量轉(zhuǎn)換的基本方法,，程序的編寫(xiě)則因人、因事而異,。但是萬(wàn)變不離其衷,。如果大家感興趣，我可以給出自己編寫(xiě)的程序供大家參考,，同時(shí)也希望各位網(wǎng)友不吝賜教,、互相交流。